טכנולוגיית מיקרוגל אופטית קוונטית

קוונטוםמיקרוגל אופטיטֶכנוֹלוֹגִיָה
טכנולוגיית אופטיקה של מיקרוגלהפך לתחום רב עוצמה, המשלב את היתרונות של טכנולוגיית אופטית ומיקרוגל בעיבוד אותות, תקשורת, חישה והיבטים אחרים. עם זאת, מערכות פוטוניקה מיקרוגל קונבנציונליות מתמודדות עם כמה מגבלות מרכזיות, במיוחד מבחינת רוחב פס ורגישות. כדי להתגבר על אתגרים אלה, חוקרים מתחילים לחקור פוטוניקה קוונטית של מיקרוגל - תחום חדש ומרגש המשלב את המושגים של טכנולוגיה קוונטית עם פוטוניקה של מיקרוגל.

יסודות טכנולוגיית מיקרוגל אופטית קוונטית
הליבה של טכנולוגיית המיקרוגל האופטית הקוונטית היא להחליף את הטכנולוגיה האופטית המסורתיתגלאי אורב-קישור פוטון מיקרוגלעם גלאי פוטואלקטרי בעל רגישות גבוהה לפוטון בודד. זה מאפשר למערכת לפעול ברמות הספק אופטי נמוכות ביותר, אפילו עד לרמת הפוטון הבודד, ובמקביל להגדיל את רוחב הפס באופן פוטנציאלי.
מערכות פוטונים קוונטיים אופייניות במיקרוגל כוללות: 1. מקורות פוטון יחיד (למשל, לייזרים מוחלשים 2.מודולטור אלקטרו-אופטי1. לקידוד אותות מיקרוגל/RF 2. רכיב עיבוד אותות אופטי 3. גלאי פוטון יחיד (למשל גלאי ננו-חוטים מוליכי-על) 4. התקנים אלקטרוניים לספירת פוטון יחיד תלוית זמן (TCSPC)
איור 1 מציג את ההשוואה בין קישורי פוטונים מסורתיים של מיקרוגל לקישורי פוטונים קוונטיים של מיקרוגל:

ההבדל העיקרי הוא השימוש בגלאי פוטון יחיד ומודולים של TCSPC במקום פוטודיודות במהירות גבוהה. זה מאפשר זיהוי של אותות חלשים ביותר, ובתקווה תוך דחיפת רוחב הפס מעבר לגבולות של גלאי פוטו מסורתיים.

סכימת גילוי פוטון בודד
סכמת גילוי פוטון בודד חשובה מאוד עבור מערכות פוטונים קוונטיות במיקרוגל. עקרון הפעולה הוא כדלקמן: 1. אות הטריגר המחזורי המסונכרן עם האות הנמדד נשלח למודול TCSPC. 2. גלאי הפוטון הבודד פולט סדרה של פולסים המייצגים את הפוטונים שזוהו. 3. מודול TCSPC מודד את הפרש הזמן בין אות הטריגר לכל פוטון שזוהה. 4. לאחר מספר לולאות טריגר, נקבעת היסטוגרמת זמן הגילוי. 5. ההיסטוגרמה יכולה לשחזר את צורת הגל של האות המקורי. מבחינה מתמטית, ניתן להראות שההסתברות לגילוי פוטון בזמן נתון היא פרופורציונלית להספק האופטי באותו זמן. לכן, ההיסטוגרמה של זמן הגילוי יכולה לייצג במדויק את צורת הגל של האות הנמדד.

יתרונות עיקריים של טכנולוגיית מיקרוגל אופטית קוונטית
בהשוואה למערכות אופטיות מסורתיות במיקרוגל, לפוטוניקה קוונטית של מיקרוגל מספר יתרונות עיקריים: 1. רגישות גבוהה במיוחד: מזהה אותות חלשים ביותר עד לרמת פוטון בודד. 2. הגדלת רוחב פס: לא מוגבל על ידי רוחב הפס של גלאי הפוטואלקטרי, מושפע רק מריצוד התזמון של גלאי הפוטון הבודד. 3. מניעת הפרעות משופרת: שחזור TCSPC יכול לסנן אותות שאינם נעולים לטריגר. 4. רעש נמוך יותר: הימנעות מהרעש הנגרם על ידי גילוי והגברה פוטואלקטריים מסורתיים.