量子マイクロ波光学技術

量子マイクロ波光学テクノロジー
マイクロ波光学技術信号処理、通信、センシングなどの側面において光技術とマイクロ波技術の利点を組み合わせた強力な分野となっています。しかし、従来のマイクロ波フォトニックシステムは、特に帯域幅と感度の点で、いくつかの重要な制限に直面しています。これらの課題を克服するために、研究者たちは量子マイクロ波フォトニクスの探索を開始しています。これは、量子技術の概念とマイクロ波フォトニクスを組み合わせたエキサイティングな新分野です。

量子マイクロ波光技術の基礎
量子マイクロ波光技術の中核は、従来の光技術を置き換えることです。光検出器でマイクロ波フォトンリンク高感度単一光子光検出器を搭載。これにより、システムは単一光子レベルに至るまでの非常に低い光パワー レベルで動作することが可能になり、同時に帯域幅も増加する可能性があります。
典型的な量子マイクロ波光子システムには以下が含まれます: 1. 単一光子源 (例えば、減衰レーザー 2.電気光学変調器マイクロ波/RF 信号のエンコード用 3. 光信号処理コンポーネント 4.単一光子検出器 (超伝導ナノワイヤ検出器など) 5. 時間依存単一光子計数 (TCSPC) 電子デバイス
図 1 は、従来のマイクロ波光子リンクと量子マイクロ波光子リンクの比較を示しています。

主な違いは、高速フォトダイオードの代わりに単一光子検出器と TCSPC モジュールを使用していることです。これにより、帯域幅を従来の光検出器の限界を超えて押し広げながら、非常に弱い信号の検出が可能になります。

単一光子検出方式
単一光子検出スキームは、量子マイクロ波光子システムにとって非常に重要です。動作原理は次のとおりです。 1. 測定信号と同期した周期的なトリガ信号が TCSPC モジュールに送信されます。 2. 単一光子検出器は、検出された光子を表す一連のパルスを出力します。 3. TCSPC モジュールは、トリガー信号と検出された各光子の間の時間差を測定します。 4. いくつかのトリガー ループの後、検出時間のヒストグラムが確立されます。 5. ヒストグラムは、元の信号の波形を再構成できます。数学的には、特定の時間に光子を検出する確率は、その時点の光パワーに比例することがわかります。したがって、検出時間のヒストグラムは測定信号の波形を正確に表すことができます。

量子マイクロ波光学技術の主な利点
従来のマイクロ波光学システムと比較して、量子マイクロ波フォトニクスにはいくつかの重要な利点があります。 1. 超高感度: 単一光子レベルに至るまで非常に弱い信号を検出します。 2. 帯域幅の増加: 光検出器の帯域幅によって制限されず、単一光子検出器のタイミング ジッターによってのみ影響を受けます。 3. 強化された耐干渉性: TCSPC 再構成により、トリガーにロックされていない信号を除去できます。 4. 低ノイズ: 従来の光電検出と増幅によって引き起こされるノイズを回避します。