양자 마이크로파 광학 기술

양자마이크로파 광학기술
마이크로파 광학 기술신호 처리, 통신, 감지 등 다양한 측면에서 광학 및 마이크로파 기술의 장점을 결합하여 강력한 분야로 자리 잡았습니다. 그러나 기존의 마이크로파 광자 시스템은 특히 대역폭과 감도 측면에서 몇 가지 주요 한계에 직면해 있습니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 연구자들은 양자 기술과 마이크로파 광자학의 개념을 결합한 흥미로운 새로운 분야인 양자 마이크로파 광자학을 탐구하기 시작했습니다.

양자 마이크로파 광기술의 기본
양자 마이크로파 광기술의 핵심은 기존의 광기술을 대체하는 것입니다.광검출기에서마이크로파 광자 링크고감도 단일 광자 광검출기를 탑재했습니다. 이를 통해 시스템은 단일 광자 수준까지 매우 낮은 광 출력 수준에서도 작동할 수 있으며, 동시에 잠재적으로 대역폭을 증가시킬 수 있습니다.
일반적인 양자 마이크로파 광자 시스템은 다음과 같습니다. 1. 단일 광자 소스(예: 감쇠 레이저) 2.전기광학 변조기마이크로파/RF 신호 인코딩용 3. 광 신호 처리 구성 요소 4. 단일 광자 검출기(예: 초전도 나노와이어 검출기) 5. 시간 의존 단일 광자 계수(TCSPC) 전자 장치
그림 1은 기존 마이크로파 광자 링크와 양자 마이크로파 광자 링크의 비교를 보여줍니다.

주요 차이점은 고속 광전 다이오드 대신 단일 광자 검출기와 TCSPC 모듈을 사용한다는 점입니다. 이를 통해 매우 약한 신호도 감지할 수 있으며, 기존 광 검출기의 한계를 뛰어넘는 대역폭을 제공할 수 있습니다.

단일 광자 검출 방식
단일 광자 검출 방식은 양자 마이크로파 광자 시스템에 매우 중요합니다. 작동 원리는 다음과 같습니다. 1. 측정 신호와 동기화된 주기적 트리거 신호가 TCSPC 모듈로 전송됩니다. 2. 단일 광자 검출기는 검출된 광자를 나타내는 일련의 펄스를 출력합니다. 3. TCSPC 모듈은 트리거 신호와 검출된 각 광자 간의 시간 차이를 측정합니다. 4. 여러 번의 트리거 루프 후, 검출 시간 히스토그램이 생성됩니다. 5. 히스토그램은 원래 신호의 파형을 재구성할 수 있습니다. 수학적으로, 특정 시간에 광자를 검출할 확률은 그 시간의 광 출력에 비례함을 보일 수 있습니다. 따라서 검출 시간 히스토그램은 측정된 신호의 파형을 정확하게 나타낼 수 있습니다.

양자 마이크로파 광기술의 주요 장점
기존 마이크로파 광학 시스템과 비교하여 양자 마이크로파 광자학은 몇 가지 주요 장점을 가지고 있습니다. 1. 초고감도: 단일 광자 수준까지 매우 약한 신호를 감지합니다. 2. 대역폭 증가: 광검출기의 대역폭에 제한받지 않고, 단일 광자 검출기의 타이밍 지터에만 영향을 받습니다. 3. 향상된 간섭 방지: TCSPC 재구성을 통해 트리거에 고정되지 않은 신호를 필터링할 수 있습니다. 4. 잡음 감소: 기존 광전 검출 및 증폭으로 인한 잡음을 피할 수 있습니다.