ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજી

ક્વોન્ટમમાઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલટેકનોલોજી
માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજીસિગ્નલ પ્રોસેસિંગ, કોમ્યુનિકેશન, સેન્સિંગ અને અન્ય પાસાઓમાં ઓપ્ટિકલ અને માઇક્રોવેવ ટેકનોલોજીના ફાયદાઓને જોડીને, એક શક્તિશાળી ક્ષેત્ર બની ગયું છે. જો કે, પરંપરાગત માઇક્રોવેવ ફોટોનિક સિસ્ટમ્સ કેટલીક મુખ્ય મર્યાદાઓનો સામનો કરે છે, ખાસ કરીને બેન્ડવિડ્થ અને સંવેદનશીલતાના સંદર્ભમાં. આ પડકારોને દૂર કરવા માટે, સંશોધકો ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સની શોધખોળ શરૂ કરી રહ્યા છે - એક આકર્ષક નવું ક્ષેત્ર જે ક્વોન્ટમ ટેકનોલોજીના ખ્યાલોને માઇક્રોવેવ ફોટોનિક સાથે જોડે છે.

ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજીના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજીનો મુખ્ય ભાગ પરંપરાગત ઓપ્ટિકલને બદલવાનો છેફોટોડિટેક્ટરમાંમાઇક્રોવેવ ફોટોન લિંકઉચ્ચ-સંવેદનશીલતા સિંગલ ફોટોન ફોટોડિટેક્ટર સાથે. આ સિસ્ટમને અત્યંત નીચા ઓપ્ટિકલ પાવર સ્તરો પર કાર્ય કરવાની મંજૂરી આપે છે, સિંગલ-ફોટોન સ્તર સુધી પણ, જ્યારે સંભવિત રીતે બેન્ડવિડ્થમાં વધારો પણ કરે છે.
લાક્ષણિક ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન સિસ્ટમ્સમાં શામેલ છે: 1. સિંગલ-ફોટોન સ્ત્રોતો (દા.ત., એટેન્યુએટેડ લેસરો 2.ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરમાઇક્રોવેવ/આરએફ સિગ્નલોને એન્કોડ કરવા માટે 3. ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ ઘટક 4. સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર (દા.ત. સુપરકન્ડક્ટિંગ નેનોવાયર ડિટેક્ટર) 5. સમય આધારિત સિંગલ ફોટોન કાઉન્ટિંગ (TCSPC) ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો
આકૃતિ 1 પરંપરાગત માઇક્રોવેવ ફોટોન લિંક્સ અને ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન લિંક્સ વચ્ચેની સરખામણી દર્શાવે છે:

મુખ્ય તફાવત એ છે કે હાઇ-સ્પીડ ફોટોડાયોડ્સને બદલે સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર અને TCSPC મોડ્યુલનો ઉપયોગ થાય છે. આ અત્યંત નબળા સિગ્નલોને શોધવાનું શક્ય બનાવે છે, જ્યારે આશા છે કે બેન્ડવિડ્થ પરંપરાગત ફોટોડિટેક્ટર્સની મર્યાદાઓથી આગળ વધે છે.

સિંગલ ફોટોન શોધ યોજના
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન સિસ્ટમ્સ માટે સિંગલ ફોટોન ડિટેક્શન સ્કીમ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. કાર્યકારી સિદ્ધાંત નીચે મુજબ છે: 1. માપેલા સિગ્નલ સાથે સમન્વયિત સામયિક ટ્રિગર સિગ્નલ TCSPC મોડ્યુલને મોકલવામાં આવે છે. 2. સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર શોધાયેલ ફોટોનનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી પલ્સની શ્રેણી આઉટપુટ કરે છે. 3. TCSPC મોડ્યુલ ટ્રિગર સિગ્નલ અને દરેક શોધાયેલ ફોટોન વચ્ચેના સમયના તફાવતને માપે છે. 4. ઘણા ટ્રિગર લૂપ્સ પછી, શોધ સમય હિસ્ટોગ્રામ સ્થાપિત થાય છે. 5. હિસ્ટોગ્રામ મૂળ સિગ્નલના વેવફોર્મને ફરીથી બનાવી શકે છે. ગાણિતિક રીતે, તે બતાવી શકાય છે કે આપેલ સમયે ફોટોન શોધવાની સંભાવના તે સમયે ઓપ્ટિકલ પાવરના પ્રમાણસર છે. તેથી, શોધ સમયનો હિસ્ટોગ્રામ માપેલા સિગ્નલના વેવફોર્મને ચોક્કસ રીતે રજૂ કરી શકે છે.

ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજીના મુખ્ય ફાયદા
પરંપરાગત માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ્સની તુલનામાં, ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોનિક્સના ઘણા મુખ્ય ફાયદા છે: 1. અતિ-ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા: સિંગલ ફોટોન સ્તર સુધી અત્યંત નબળા સિગ્નલો શોધે છે. 2. બેન્ડવિડ્થ વધારો: ફોટોડિટેક્ટરની બેન્ડવિડ્થ દ્વારા મર્યાદિત નથી, ફક્ત સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટરના ટાઇમિંગ જીટર દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે. 3. ઉન્નત એન્ટિ-ઇન્ટરફરન્સ: TCSPC પુનર્નિર્માણ એવા સિગ્નલોને ફિલ્ટર કરી શકે છે જે ટ્રિગર સાથે લૉક નથી. 4. ઓછો અવાજ: પરંપરાગત ફોટોઇલેક્ટ્રિક ડિટેક્શન અને એમ્પ્લીફિકેશન દ્વારા થતા અવાજને ટાળો.