Teknologi optik gelombang mikro kuantum

Kuantumoptik gelombang mikroteknologi
Teknologi optik gelombang mikrotelah menjadi bidang yang kuat, menggabungkan keunggulan teknologi optik dan gelombang mikro dalam pemrosesan sinyal, komunikasi, penginderaan, dan aspek lainnya. Namun, sistem fotonik gelombang mikro konvensional menghadapi beberapa keterbatasan utama, terutama dalam hal bandwidth dan sensitivitas. Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti mulai mengeksplorasi fotonik gelombang mikro kuantum – sebuah bidang baru yang menarik yang menggabungkan konsep teknologi kuantum dengan fotonik gelombang mikro.

Dasar-dasar teknologi optik gelombang mikro kuantum
Inti dari teknologi optik gelombang mikro kuantum adalah menggantikan optik tradisionalfotodetektorditautan foton gelombang mikrodengan fotodetektor foton tunggal sensitivitas tinggi. Hal ini memungkinkan sistem untuk beroperasi pada tingkat daya optik yang sangat rendah, bahkan hingga tingkat foton tunggal, sekaligus berpotensi meningkatkan bandwidth.
Sistem foton gelombang mikro kuantum yang umum meliputi: 1. Sumber foton tunggal (misalnya, laser yang dilemahkan 2.Modulator elektro-optikuntuk pengkodean sinyal gelombang mikro/RF 3. Komponen pemrosesan sinyal optik4. Detektor foton tunggal (misalnya detektor kawat nano superkonduktor) 5. Perangkat elektronik Penghitungan foton tunggal yang bergantung pada waktu (TCSPC)
Gambar 1 menunjukkan perbandingan antara tautan foton gelombang mikro tradisional dan tautan foton gelombang mikro kuantum:

Perbedaan utamanya adalah penggunaan detektor foton tunggal dan modul TCSPC, bukan fotodioda berkecepatan tinggi. Hal ini memungkinkan pendeteksian sinyal yang sangat lemah, sekaligus mendorong bandwidth melampaui batas fotodetektor tradisional.

Skema deteksi foton tunggal
Skema deteksi foton tunggal sangat penting untuk sistem foton gelombang mikro kuantum. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut: 1. Sinyal pemicu periodik yang disinkronkan dengan sinyal terukur dikirim ke modul TCSPC. 2. Detektor foton tunggal mengeluarkan serangkaian pulsa yang mewakili foton yang terdeteksi. 3. Modul TCSPC mengukur perbedaan waktu antara sinyal pemicu dan setiap foton yang terdeteksi. 4. Setelah beberapa putaran pemicu, histogram waktu deteksi dibuat. 5. Histogram dapat merekonstruksi bentuk gelombang sinyal asli. Secara matematis dapat ditunjukkan bahwa probabilitas terdeteksinya foton pada waktu tertentu sebanding dengan daya optik pada saat itu. Oleh karena itu, histogram waktu deteksi dapat secara akurat mewakili bentuk gelombang sinyal yang diukur.

Keuntungan utama dari teknologi optik gelombang mikro kuantum
Dibandingkan dengan sistem optik gelombang mikro tradisional, fotonik gelombang mikro kuantum memiliki beberapa keunggulan utama: 1. Sensitivitas sangat tinggi: Mendeteksi sinyal yang sangat lemah hingga tingkat foton tunggal. 2. Peningkatan bandwidth: tidak dibatasi oleh bandwidth fotodetektor, hanya dipengaruhi oleh timing jitter dari detektor foton tunggal. 3. Anti-interferensi yang ditingkatkan: Rekonstruksi TCSPC dapat menyaring sinyal yang tidak terkunci pada pemicu. 4. Kebisingan yang lebih rendah: Hindari kebisingan yang disebabkan oleh deteksi dan amplifikasi fotolistrik tradisional.