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、その他の側面における光学技術とマイクロ波技術の利点を組み合わせることで、強力な分野になりました。ただし、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観点から、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、研究者は量子マイクロ波フォトニクスを探求し始めています。これは、量子技術の概念をマイクロ波フォトニクスと組み合わせたエキサイティングな新しい分野です。

量子マイクロ波光学技術の基礎
量子マイクロ波光学技術の中核は、従来の光学型を置き換えることです光検出器でマイクロ波光子リンク高感度の単一光子光検出器を備えています。これにより、システムは、単一光子レベルまでまで、非常に低い光学電力レベルで動作し、帯域幅が増加する可能性もあります。
典型的な量子マイクロ波光子システムには次のものが含まれます。1。単一光子源（例、減衰レーザー2。電気光学変調器マイクロ波/RF信号をエンコードする場合3。光信号処理コンポーネント4。単一光子検出器（例：超伝導ナノワイヤ検出器）
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。

重要な違いは、高速フォトダイオードではなく、単一光子検出器とTCSPCモジュールの使用です。これにより、非常に弱い信号を検出することが可能になり、従来のフォトセクターの限界を超えて帯域幅を押し進めることができます。

単一光子検出スキーム
単一の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。作業原則は次のとおりです。1。測定された信号と同期した周期的なトリガー信号が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、トリガー信号とそれぞれ検出された光子間の時差を測定します。 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築できます。数学的には、特定の時間に光子を検出する確率がその時の光電力に比例することを示すことができます。したがって、検出時間のヒストグラムは、測定された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重要な利点
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：非常に弱い信号を単一の光子レベルまで検出します。 2。帯域幅の増加：光度検出器の帯域幅に限定されず、単一の光子検出器のタイミングジッターのみの影響を受けます。 3。干渉防止防止：TCSPC再構成は、トリガーにロックされていない信号をフィルタリングできます。 4。低いノイズ：従来の光電子検出と増幅によって引き起こされるノイズを避けます。