التكنولوجيا البصرية الميكروويف الكم

الكمالميكروويف الضوئيةتكنولوجيا
تكنولوجيا الميكروويف الضوئيةأصبح مجالًا قويًا يجمع بين مزايا التكنولوجيا البصرية وتقنية الموجات الدقيقة في معالجة الإشارات والاتصالات والاستشعار والجوانب الأخرى. ومع ذلك، تواجه الأنظمة الضوئية التقليدية بالموجات الدقيقة بعض القيود الرئيسية، خاصة من حيث عرض النطاق الترددي والحساسية. للتغلب على هذه التحديات، بدأ الباحثون في استكشاف الضوئيات الكمومية الميكروية - وهو مجال جديد مثير يجمع بين مفاهيم تكنولوجيا الكم والفوتونيات الميكروية.

أساسيات التكنولوجيا البصرية الميكروويف الكم
جوهر التكنولوجيا البصرية الميكروويف الكمومية هو استبدال البصرية التقليديةphotodetectorفيرابط الفوتون الميكروويفمع كاشف ضوئي فوتون واحد عالي الحساسية. وهذا يسمح للنظام بالعمل بمستويات طاقة ضوئية منخفضة للغاية، حتى وصولاً إلى مستوى الفوتون الواحد، مع احتمالية زيادة عرض النطاق الترددي أيضًا.
تشتمل أنظمة فوتون الموجات الميكروية الكمومية النموذجية على ما يلي: 1. مصادر الفوتون الفردي (على سبيل المثال، الليزر الموهن 2.المغير الكهروضوئيلتشفير إشارات الميكروويف/الترددات اللاسلكية 3. مكون معالجة الإشارات الضوئية4. كاشفات الفوتون الفردي (مثل كاشفات الأسلاك النانوية فائقة التوصيل) 5. الأجهزة الإلكترونية المعتمدة على الوقت لعد الفوتون الواحد (TCSPC)
يوضح الشكل 1 المقارنة بين روابط فوتون الموجات الميكروية التقليدية وروابط فوتون الميكروويف الكمومية:

والفرق الرئيسي هو استخدام كاشفات الفوتون الفردية ووحدات TCSPC بدلاً من الثنائيات الضوئية عالية السرعة. يتيح ذلك اكتشاف الإشارات الضعيفة للغاية، مع الأمل في دفع عرض النطاق الترددي إلى ما هو أبعد من حدود أجهزة الكشف الضوئي التقليدية.

مخطط الكشف عن الفوتون واحد
يعد نظام اكتشاف الفوتون الفردي مهمًا جدًا لأنظمة فوتون الموجات الدقيقة الكمومية. مبدأ العمل كما يلي: 1. يتم إرسال إشارة الزناد الدورية المتزامنة مع الإشارة المقاسة إلى وحدة TCSPC. 2. يقوم كاشف الفوتون الواحد بإخراج سلسلة من النبضات التي تمثل الفوتونات المكتشفة. 3. تقيس وحدة TCSPC الفارق الزمني بين إشارة الزناد وكل فوتون تم اكتشافه. 4. بعد عدة حلقات تشغيل، يتم إنشاء الرسم البياني لوقت الكشف. 5. يمكن للرسم البياني إعادة بناء الشكل الموجي للإشارة الأصلية. رياضيا، يمكن إثبات أن احتمال اكتشاف الفوتون في وقت معين يتناسب مع القوة الضوئية في ذلك الوقت. ولذلك، فإن الرسم البياني لوقت الكشف يمكن أن يمثل بدقة الشكل الموجي للإشارة المقاسة.

المزايا الرئيسية للتكنولوجيا البصرية الميكروويف الكمومية
بالمقارنة مع الأنظمة الضوئية التقليدية بالموجات الدقيقة، تتمتع الضوئيات الكمومية بالموجات الدقيقة بالعديد من المزايا الرئيسية: 1. حساسية فائقة: تكتشف الإشارات الضعيفة للغاية وصولاً إلى مستوى الفوتون الفردي. 2. زيادة عرض النطاق الترددي: لا يقتصر على عرض النطاق الترددي للكاشف الضوئي، ويتأثر فقط بارتعاش التوقيت لكاشف الفوتون الفردي. 3. تعزيز مكافحة التداخل: يمكن لإعادة بناء TCSPC تصفية الإشارات غير المقفلة على الزناد. 4. انخفاض مستوى الضجيج: تجنب الضوضاء الناجمة عن الكشف والتضخيم الكهروضوئي التقليدي.