양자 마이크로파 광학 기술

양자마이크로파 광학기술
마이크로파 광학 기술신호 처리, 통신, 감지 및 기타 측면에서 광학 및 마이크로파 기술의 장점을 결합하여 강력한 분야가 되었습니다. 그러나 기존의 마이크로파 광자 시스템은 특히 대역폭과 감도 측면에서 몇 가지 주요 제한 사항에 직면해 있습니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 연구자들은 양자 기술의 개념과 마이크로파 포토닉스를 결합한 흥미롭고 새로운 분야인 양자 마이크로파 포토닉스를 탐구하기 시작했습니다.

양자 마이크로파 광학 기술의 기초
양자 마이크로파 광학 기술의 핵심은 기존 광학을 대체하는 것이다.광검출기에서마이크로파 광자 링크고감도 단일 광자 광검출기를 사용합니다. 이를 통해 시스템은 단일 광자 수준까지 매우 낮은 광 전력 수준에서 작동하는 동시에 잠재적으로 대역폭을 늘릴 수 있습니다.
일반적인 양자 마이크로파 광자 시스템에는 다음이 포함됩니다. 1. 단일 광자 소스(예: 감쇠된 레이저 2.전기광학 변조기마이크로파/RF 신호 인코딩용 3. 광신호 처리 구성요소4. 단일 광자 검출기(예: 초전도 나노와이어 검출기) 5. 시간 종속 단일 광자 계수(TCSPC) 전자 장치
그림 1은 기존 마이크로파 광자 링크와 양자 마이크로파 광자 링크 간의 비교를 보여줍니다.

주요 차이점은 고속 포토다이오드 대신 단일 광자 검출기와 TCSPC 모듈을 사용한다는 것입니다. 이를 통해 매우 약한 신호를 감지하는 동시에 기존 광검출기의 한계를 넘어 대역폭을 확장할 수 있습니다.

단일 광자 감지 방식
단일 광자 검출 방식은 양자 마이크로파 광자 시스템에 매우 중요합니다. 작동 원리는 다음과 같습니다. 1. 측정된 신호와 동기화된 주기적인 트리거 신호가 TCSPC 모듈로 전송됩니다. 2. 단일 광자 검출기는 검출된 광자를 나타내는 일련의 펄스를 출력합니다. 3. TCSPC 모듈은 트리거 신호와 감지된 각 광자 사이의 시간 차이를 측정합니다. 4. 여러 번의 트리거 루프 후에 감지 시간 히스토그램이 설정됩니다. 5. 히스토그램은 원래 신호의 파형을 재구성할 수 있습니다. 수학적으로, 주어진 시간에 광자를 감지할 확률은 그 시간의 광파워에 비례한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 검출 시간의 히스토그램은 측정된 신호의 파형을 정확하게 나타낼 수 있습니다.

양자 마이크로파 광학 기술의 주요 장점
기존 마이크로파 광학 시스템과 비교하여 양자 마이크로파 포토닉스에는 몇 가지 주요 장점이 있습니다. 1. 초고감도: 단일 광자 수준까지 극도로 약한 신호를 감지합니다. 2. 대역폭 증가: 광검출기의 대역폭에 의해 제한되지 않고 단일 광자 검출기의 타이밍 지터에 의해서만 영향을 받습니다. 3. 향상된 간섭 방지: TCSPC 재구성은 트리거에 고정되지 않은 신호를 필터링할 수 있습니다. 4. 낮은 소음: 기존의 광전 감지 및 증폭으로 인해 발생하는 소음을 피하십시오.