pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-1-80-89pimi-427Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsМетодика повышения достоверности принятых данных счетчика фотонов на основе анализа скорости счета импульсов при передаче двоичных символов «0»Methods of Increasing the Reliability of the Received Data of the Photon Counter Based on the Analysis of the Pulse Counting Rate During the Transmission of Binary Symbols «0»ТимофеевА. М.TimofeevA. M.

Адрес для переписки: А.М. Тимофеев – Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, г. Минск 220013, Беларусь     e-mail: tamvks@mail.ru

Address for correspondence: А.М. Timofeev – Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Brovki str., 6, Minsk 220013, Belarus.    e-mail: tamvks@mail.ru

tamvks@mail.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиБеларусьBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsBelarus2019150320191018089Copyright © Тимофеев А.М., 20192019Тимофеев А.М.Timofeev A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/427

При измерении маломощных оптических сигналов приемные модули систем должны обеспечивать достаточно высокую достоверность принятых данных. В этой связи целесообразно использовать счетчики фотонов, которые являются высокочувствительными, однако характеризуются ошибками регистрации данных. Цель работы – оценка влияния средней скорости счета импульсов на выходе счетчика фотонов на достоверность принятой информации с учетом мертвого времени счетчика фотонов.

На основании статистических распределений числа импульсов на выходе счетчика фотонов получено выражение для оценки достоверности принятых двоичных данных при их регистрации в волоконно-оптическом канале связи.

Установлено, что с ростом средней скорости счета сигнальных импульсов на выходе счетчика фотонов при передаче символов «0» ns0 достоверность принятых данных вначале практически не изменяется и близка к единице, однако затем спадает. Причем при прочих равных параметрах с увеличением средней длительности мертвого времени продлевающегося типа τd спад этой зависимости наблюдается при больших значениях ns0: при ns0 ≥ 66,6·103 с-1 для τd = 0; при ns0 ≥ 74,1·103 с-1 для τd = 5 мкс; при ns0 ≥ 83,5·103 с-1 для τd = 10 мкс; при ns0 ≥ 95,6·103 с-1 для τd = 15 мкс.

When measuring low-power optical signals, the receiving modules of systems should ensure a sufficiently high accuracy of the received data. In this regard, it is advisable to use photon counters. They are highly sensitive, but are characterized by data recording errors. The aim of this work was to determine the effect of the average pulse count rate of photons at the output of the counter on the reliability of the received information with the dead time photon counter.

An expression for estimating the reliability of the received binary data when they were registered in the fiber-optic communication channel was obtained. This expression takes into account the statistical distributions of the number of pulses at the output of the photon counter.

Studies have shown that with increasing ns0, the reliability of the data obtained at the beginning is practically does not change and is close to unity, and then decreases. Moreover, all other parameters being equal, with an increase in the average duration of the dead time of the prolonging type τd , this dependence decreases with large values of ns0: with ns0 ≥ 66,6·103 s-1 for τd = 0; with ns0 ≥ 74,1·103 s-1 for τd = 5 μs; with ns0 ≥ 83,5·103 s-1 for τd = 10 μs; with ns0 ≥ 95,6·103 s-1 for τd = 15 μs.

достоверность принятой информациисчетчик фотоновмертвое времяreliability of received informationphoton counterdead timeReferencesКалачев, А.А. Элементная база дальнодействующей квантовой связи. Часть 1 / А.А. Калачев // Фотоника. – 2017. – № 1. – С. 88–98. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.88.98Kalachev A.A. [Components of long-distance quantum communication. Part 1]. Fotonika [Photonics], 2017, no. 1, pp. 88–98 (in Russian). DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.88.98Zhang, J. Advances in InGaAs/InP single-photon detector systems for quantum communication / J. Zhang [et al.] // Light: Science & Applications. – 2015. – Vol. 4. – P. 1–13. DOI: 10.1038/lsa.2015.59Zhang J., Itzler M.A., Zbinden H., Pan J.-W. Advances in InGaAs/InP single-photon detector systems for quantum communication. Light: Science & Applications, 2015, vol. 4, pp. 1–13. DOI: 10.1038/lsa.2015.59Stipčević, M. Characterization of a novel avalanche photodiode for single photon detection in VIS-NIR range / M. Stipčević [et al.] // Optics Express. – 2010. – Vol. 18. – P. 17448–17459. DOI: 10.1364/OE.18.017448Stipčević M., Skenderović H., Gracin D. Characterization of a novel avalanche photodiode for single photon detection in VIS-NIR range. Optics Express, 2010, vol. 18, pp. 17448– 17459. DOI: 10.1364/OE.18.017448Корытко, Н.Н. Моделирование конструкции лавинных фотодиодов с охранными областями для регистрации маломощных световых потоков / Н.Н. Корытко [и др.] // Приборы и методы измерений. – 2011. – Т. 2. – № 1(2). – С. 32–39. DOI: 10.21122/2220-9506-2011-0-1-19-22Koritko N.N., Zalesskij V.B., Malishev V.S., Khatko V.V. [Simulation of avalanche photodiode construction with guard areas]. Pribory i metody izmerenij [Devices and methods of measurements], 2011, vol. 2, no. 1(2), pp. 32–39 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2011-0-1-19-22Килин, С.Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С.Я. Килин; под ред. С.Я. Килин, Д.Б. Хорошко, А.П. Низовцев. – Минск : Белорусская наука, 2007. – 391 с.Kilin S.Ya. Kvantovaya kriptografiya: idei i praktika [Quantum cryptography: ideas and practices]. – Minsk, Belarus. Sci Publ., 2007, 391 p.Румянцев, А.М. Эффективность синхронизации системы квантового распределения ключа на однофотонных лавинных фотодиодах / А.М. Румянцев, А.П. Пленкин // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 9(182). – С. 4–15. DOI: 10.18522/2311-3103-2016-9-415Rumyantsev K.Yu., Pljonkin A.P. [The effectiveness of synchronization of quantum key distribution system at the single-photon avalanche photodiodes]. Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2016, no. 9(182), pp. 4–15 (in Russian). DOI: 10.18522/2311-3103-2016-9-415Cova, S.D. Single-photon counting detectors / S.D. Cova, M. Ghioni // IEEE Photonics Journal. – 2011. – Vol. 3. − No. 2. – P. 274–277. DOI: 10.1109/JPHOT.2011.2130518Cova S.D., Ghioni M. Single-photon counting detectors. IEEE Photonics Journal, 2011, vol. 3, no. 2, pp. 274–277. DOI: 10.1109/JPHOT.2011.2130518Абед, А.Х. Метод шифрования передаваемой информации по случайному закону / А.Х. Абед // Вестник Томского государственного университета. – 2016. – Т. 22. – № 2. – С. 233–237. DOI: 10.17277/vestnik.2016.02.pp.233-237Abed A.Kh. [Encryption method to transmit information at random]. Vestnik Тomskogo gosudarstvennogo universiteta [Tomsk State University Journal], 2016, vol. 22, no. 2, pp. 233–237 (in Russian). DOI: 10.17277/vestnik.2016.02.pp.233-237Горцев, А.М. Оценивание параметра непродлевающегося мертвого времени случайной длительности в пуассоновском потоке событий / А.М. Горцев, М.Е. Завгородняя // Вестник Томского государственного университета. – 2017. – № 40. – С. 32–40. DOI: 10.17223/19988605/40/4Gortsev A.M., Zavgorodnyaya M.E. [Estimation of the parameter of unextendable dead time random duration in the Poisson flow of events]. Vestnik Тomskogo gosudarstvennogo universiteta [Tomsk State University Journal], 2017, no. 40, pp. 32–40 (in Russian). DOI: 10.17223/19988605/40/4Castelletto, S.A. Reduced deadtime and higher rate photon-counting detection using a multi-plexed detector array / S.A. Castelletto [et al.] // Journal of Modern Optics. – 2007. – Vol. 54. – P. 337–352. DOI: 10.1080/09500340600779579Castelletto S.A., Degiovanni I.P., Schettini V., Migdall A.L. Reduced deadtime and higher rate photoncounting detection using a multiplexed detector array. Journal of Modern Optics, 2007, vol. 54, pp. 337–352. DOI: 10.1080/09500340600779579Zadeh, I.E. Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution / I.E. Zadeh [et al.] // APL Photonics. – 2017. – Vol. 2. – P. 111301-1–111301-7. DOI: 10.1063/1.5000001Zadeh I.E., Los J.W., Gourgues R.B., Steinmetz V., Bulgarini G., Dobrovolskiy S.M., Zwiller V., Dorenbos S.N. Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution. APL Photonics, 2017, vol. 2, pp. 111301-1– 111301-7. DOI: 10.1063/1.5000001Завгородняя, М.Е. Вероятностные характеристики потока событий с продлевающимся мертвым временем специального типа / М.Е. Завгородняя // Вестник Томского государственного университета. – 2018. – № 43. – С. 33–41. DOI: 10.17223/19988605/43/4Zavgorodnyaya M.E. [Probabilistic characteristics of the flow of events with prolonging dead time of special type]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta [Tomsk State University Journal], 2018, no. 43, pp. 33–41 (in Russian). DOI: 10.17223/19988605/43/4Клюев, Л.Л. Теория электрической связи / Л.Л. Клюев. – Минск : Техноперспектива, 2008. – 423 с.Klyuev L.L. Teoriya ehlektricheskoj svyazi [The theory of electrical communication]. Minsk, Techn.Perspect. Publ., 2008, 423 p.Гулаков, И.Р. Фотоприемники квантовых систем: монография / И.Р. Гулаков, А.О. Зеневич. – Минск : УО ВГКС, 2012. – 276 с.Gulakov I.R., Zenevich A.O. Fotopriemniki kvantovykh sistem: monografi [Photodetectors of quantum systems: monograph]. Minsk, EI HSCC, 2012, 276 p.Биккенин, Р.Р. Теория электрической связи / Р.Р. Биккенин, М.Н. Чесноков. – М. : Издательский цент «Академия», 2010. – 336 с.Bikkenin R.R., Chesnokov M.N. Teoriya ehlektricheskoj svyazi [The theory of electrical communication]. Moscow, Publ. Cent «Academy», 2010, 336 p.Тимофеев, А.М. Оценка влияния продлевающегося мертвого времени счетчика фотонов на вероятность ошибочной регистрации данных квантовокриптографических каналов связи / А.М. Тимофеев // Вестник связи. – 2018. – № 1(147). – С. 56–62.Timofeev A.M. [Estimation of the photons counter lasting dead time influence on the probability of erroneous data registration of quantum-cryptographic communication channels]. Vestnik svyazi [Communication bulletin], 2018, no. 1(147), pp. 56–62 (in Russian).Тимофеев, А.М. Энтропия потерь однофотонного асинхронного волоконно-оптического канала связи с приемником на основе счетчика фотонов с продлевающимся мертвым временем / А.М. Тимофеев // Актуальные проблемы науки XXI века. – 2018. – Вып. 7. – С. 5–10.Timofeev A.M. [Entropy of losses of a singlephoton asynchronous fiber-optic communication channel with a receiver based on a photon counter with prolonged dead time]. Аktual'nye problemy nauki XXI veka [Current issues of science in the 21st century], 2018, vol. 7, pp. 5–10 (in Russian).Гмурман, В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. – 12-е изд. / В.Е. Гмурман. – М. : Издательство Юрайт, 2018. – 479 с.Gmurman V.E. Teoriya veroyatnostej i matematicheskaya statistika [Theory of probability and mathematical statistics]. Moscow, Publ. Yurayt, 2018, 479 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.