ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજી

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

ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેક્નોલોજીના ફંડામેન્ટલ્સ
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ઓપ્ટિકલ ટેકનોલોજીનો મુખ્ય ભાગ પરંપરાગત ઓપ્ટિકલને બદલવાનો છેફોટોડિટેક્ટરમાંમાઇક્રોવેવ ફોટોન લિંકઉચ્ચ-સંવેદનશીલતા સિંગલ ફોટોન ફોટોડિટેક્ટર સાથે. આ સિસ્ટમને અત્યંત નીચા ઓપ્ટિકલ પાવર લેવલ પર ઓપરેટ કરવાની પરવાનગી આપે છે, સિંગલ-ફોટન લેવલ સુધી પણ, જ્યારે સંભવિતપણે બેન્ડવિડ્થ પણ વધારી શકે છે.
લાક્ષણિક ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન સિસ્ટમમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: 1. સિંગલ-ફોટન સ્ત્રોતો (દા.ત., એટેન્યુએટેડ લેસરો 2.ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરએન્કોડિંગ માઇક્રોવેવ/આરએફ સિગ્નલો માટે 3. ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ ઘટક4. સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર (દા.ત. સુપરકન્ડક્ટિંગ નેનોવાયર ડિટેક્ટર્સ) 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 હાઇ-સ્પીડ ફોટોડિયોડ્સને બદલે સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટર અને TCSPC મોડ્યુલોનો ઉપયોગ છે. આ અત્યંત નબળા સિગ્નલોની શોધને સક્ષમ કરે છે, જ્યારે આશા છે કે બેન્ડવિડ્થને પરંપરાગત ફોટોડિટેક્ટર્સની મર્યાદાઓથી આગળ ધકેલવામાં આવે છે.

સિંગલ ફોટોન ડિટેક્શન સ્કીમ
ક્વોન્ટમ માઇક્રોવેવ ફોટોન સિસ્ટમ 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 કઠોળની શ્રેણીને આઉટપુટ કરે છે જે શોધાયેલ ફોટોનનું પ્રતિનિધિત્વ 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 વેવફોર્મનું પુનઃનિર્માણ કરી 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: એક ફોટોન સ્તર સુધી અત્યંત નબળા સિગ્નલો શોધે છે. 2. બેન્ડવિડ્થ વધારો: ફોટોડિટેક્ટરની બેન્ડવિડ્થ દ્વારા મર્યાદિત નથી, માત્ર સિંગલ ફોટોન ડિટેક્ટરના ટાઇમિંગ ઝિટરથી પ્રભાવિત થાય છે. 3. ઉન્નત વિરોધી હસ્તક્ષેપ: TCSPC પુનઃનિર્માણ સિગ્નલોને ફિલ્ટર કરી શકે છે જે ટ્રિગર પર લૉક નથી. 4. નીચો અવાજ: પરંપરાગત ફોટોઈલેક્ટ્રીક શોધ અને એમ્પ્લીફિકેશનને કારણે થતા અવાજને ટાળો.