Измерение вероятности стирания двоичного символа «0» в однофотонном асинхронном канале связи с приёмником на основе счётчика фотонов
https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-156-165
- Р Р‡.МессенРТвЂВВВВВВВВжер
- РћРТвЂВВВВВВВВнокласснРСвЂВВВВВВВВРєРСвЂВВВВВВВВ
- LiveJournal
- Telegram
- ВКонтакте
- РЎРєРѕРїРСвЂВВВВВВВВровать ссылку
Полный текст:
Аннотация
При измерении маломощных оптических сигналов приёмные модули каналов однофотонной связи должны обеспечивать наименьшие потери передаваемой информации. В этой связи целесообразно использовать счётчики фотонов, которые являются высокочувствительными, однако характеризуются ошибками регистрации данных. Поэтому цель работы – исследовать влияние интенсивности регистрируемого оптического излучения при передаче двоичных символов «0» на вероятность стирания этих символов в канале однофотонной связи, содержащем в качестве приёмного модуля счётчик фотонов на базе лавинного фотоприёмника с включением по схеме пассивного гашения лавины.
На основе методики уменьшения потерь информации определены нижний и верхний пороговые уровни зарегистрированных на выходе счётчика фотонов импульсов, а также статистические распределения смеси числа темновых и сигнальных импульсов на выходе счётчика фотонов при регистрации двоичных символов «0» Pst0( N ) и двоичных символов «1» Pst1( N ), при которых вероятность стирания двоичных символов «0» P(–/0) минимальная.
Экспериментальные результаты показали, что для достижения минимальной вероятности стирания двоичных символов «0» P(–/0) = 0,11·10−2 важно подбирать не только интенсивность используемого оптического излучения J0 , но и напряжение питания лавинного фотоприёмника Uпит , при которых мёртвое время счётчика фотонов минимально, а его квантовая эффективность регистрации максимальна: J0 ≥ 98,94·10-2 отн. ед. и Uпит = 52,54 В.
Об авторе
А. М. Тимофеев
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь
Беларусь
Адрес для переписки: Тимофеев А.М. – Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки, 6, г. Минск 220013, Беларусь
Список литературы
1. Dmitriev S.A. Volokonno-opticheskaya tekhnika: sovremennoe sostoyanie i novye perspektivy / S.A. Dmitriev, N.N. Slepov. - 3-e izd. - M.: Tekhnosfera, 2010. - 608 s.
2. Shcheglov A.Yu. Analiz i proektirovanie zashchity informatsionnykh sistem. Kontrol' dostupa k komp'yuternym resursam: metody, modeli, tekhnicheskie resheniya / A.Yu. Shcheglov. - SPb.: Professional'naya literatura, 2017. - 416 s.
3. Vacca J.R. Managing Information Security. - 2nd Edition / J.R. Vacca. - Elsevier Inc: Waltham, 2014. - 372 p. https://doi.org/10.1016/C2011-0-08782-3
4. Timofeev A.M. Vliyanie vremeni odnofotonnoi peredachi informatsii na veroyatnost' oshibochnoi registratsii dannykh asinkhronnykh kvantovo-kriptograficheskikh kanalov svyazi / A.M. Timofeev // Vestnik TGTU. - 2019. - T. 25. - № 1. - S. 36-46. https://doi.org/10.17277/vestnik.2019.01.pp.036-046
5. Yiannopoulos K., Sagias N.C., Boucouvalas A.C. On the photon counting error probability and its application in optical wireless communications. Physical Communication. − 2019. − Vol. 36. − Pp. 100756-100764. https://doi.org/10.1016/j.phycom.2019.100756
6. Timofeev A.M. Vliyanie vremeni odnofotonnoi peredachi informatsii na dostovernost' ee priema v kvantovo-kriptograficheskom kanale svyazi / A.M. Timofeev // Sistemnyi analiz i prikladnaya informatika. - 2019.- № 1. - S. 67-72. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2019-1-67-72
7. Kilin S.Ya. Kvantovaya kriptografiya: idei i praktika / S.Ya. Kilin; pod red. S.Ya. Kilin, D.B. Khoroshko, A.P. Nizovtsev. - Minsk: Belorusskaya nauka, 2007. - 391 s.
8. Gulakov I.R. Fotopriemniki kvantovykh sistem: monografiya / I.R. Gulakov, A.O. Zenevich. - Minsk: UO VGKS, 2012. - 276 s.
9. Kalachev A.A. Elementnaya baza dal'nodeistvuyushchei kvantovoi svyazi. Chast' 1 / A.A. Kalachev // Fotonika. - 2017. - № 1. - S. 88-98. https://doi.org/10.22184/1993-7296.2017.61.1.88.98
10. Kalachev A.A. Elementnaya baza dal'nodeistvuyushchei kvantovoi svyazi. Chast' 2 / A.A. Kalachev // Fotonika. - 2017. - № 2. - S. 80-88. https://doi.org/10.22184/1993-7296.2017.62.2.80.88
11. Cova S.D., Ghioni M. Single-photon counting detectors. IEEE Photonics Journal. − 2011. − Vol. 3, no. 2. −Pp. 274-277. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2011.2130518
12. Hu S. 35.88 attenuation lengths and 3.32 bits/ photon underwater optical wireless communication based on photon-counting receiver with 256-PPM / S. Hu [et al.] // Optics Express. - 2018. - Vol. 26, no. 17. - Pp. 21685-21699. https://doi.org/10.1364/OE.26.021685
13. Bourennane M. Single-photon counters in the telecom wavelength region of 1550 nm for quantum information processing / M. Bourennane [et al.] // Journal of Modern Optics. - 2001. - Vol. 48, no. 13. - Pp. 1983- 1995. https://doi.org/10.1080/09500340110075131
14. Hong Z. Photon-counting underwater optical wireless communication for reliable video transmission using joint source-channel coding based on distributed compressive sensing / Z. Hong [et al.] // Sensors. - 2019. - Vol. 19, no. 5. - Pp. 1042-1054. https://doi.org/10.3390/s19051042
15. Zadeh 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. - Pp. 111301-1-111301-7. https://doi.org/10.1063/1.5000001
16. Zhang J. Advances in InGaAs/InP singlephoton detector systems for quantum communication / J. Zhang [et al.] // Light: Science & Applications. - 2015. - Vol. 4. - Pp. 1-13. https://doi.org/10.1038/lsa.2015.59
17. Timofeev A.M. Skorost' peredachi informatsii odnofotonnogo kanala svyazi s priemnym modulem na osnove schetchika fotonov s mertvym vremenem prodlevayushchegosya tipa / A.M. Timofeev // Trudy BGTU. Ser. 3, Fiziko-matematicheskie nauki i informatika. - 2019. - № 2. - S. 79-86.
18. Timofeev A.M. Otsenka vliyaniya prodlevayushchegosya mertvogo vremeni schetchika fotonov na veroyatnost' oshibochnoi registratsii dannykh kvantovokriptograficheskikh kanalov svyazi / A.M. Timofeev // Vestnik svyazi. - 2018. - № 1. - S. 56-62.
19. Klyuev L.L. Teoriya elektricheskoi svyazi: uchebnik / L.L. Klyuev. - Minsk: Tekhnoperspektiva, 2008. - 423 s.
20. Bikkenin R.R. Teoriya elektricheskoi svyazi / R.R. Bikkenin, M.N. Chesnokov. - M.: Izdatel'skii tsent «Akademiya», 2010. - 336 s.
21. Privitera S. Single photon avalanche diodes: towards the large bidimensional arrays / S. Privitera [et al.] // Sensors. - 2008. - Vol. 8. - Pp. 4636-4655. https://doi.org/10.3390/s8084636
22. Campajola M. Proton induced dark count rate degradation in 150-nm CMOS single-photon avalanche diodes / M. Campajola [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2019. - Vol. 947. - Pp. 162722-162728. https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.162722
23. Stipčević M. Characterization of a novel avalanche photodiode for single photon detection in VIS-NIR range / M. Stipčević [et al.] // Optics Express. - 2010. - Vol. 18. - Pp. 17448-17459. https://doi.org/10.1364/OE.18.017448
24. Nuriyev S. Performance of a new generation of micropixel avalanche photodiodes with high pixel density and high photon detection efficiency / S. Nuriyev [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2018. - Vol. 912. - Pp. 320-322. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.12.006
25. Stucki D. Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APDs / D. Stucki [et al.] // Journal of Modern Optics. - 2001. - Vol. 48, no. 13. - Pp. 1967-1981. https://doi.org/10.1080/09500340108240900
26. Castelletto S.A. Reduced deadtime and higher rate photon-counting detection using a multiplexed detector array / S.A. Castelletto [et al.] // Journal of Modern Optics - 2007. - Vol. 54. - Pp. 337-352. https://doi.org/10.1080/09500340600779579
27. Prochazka I. Single photon detector package with sub-picosecond limiting precision and stability / Prochazka, J. Blazej, J. Kodet // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2018. - Vol. 912. - Pp. 213-216. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.11.044
28. Timofeev A.M. Otsenka vliyaniya intensivnosti opticheskogo signala na veroyatnost' oshibochnoi registratsii dannykh v odnofotonnom kanale svyazi / A.M. Timofeev // Informatika. - 2021. - T. 18. - № 2. - S. 84-94. https://doi.org/10.37661/1816-0301-2021-18-2-84-94
Рецензия
Для цитирования:
Тимофеев А.М. Измерение вероятности стирания двоичного символа «0» в однофотонном асинхронном канале связи с приёмником на основе счётчика фотонов. Приборы и методы измерений. 2021;12(2):156-165. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-156-165
For citation:
Timofeev A.M. Measurement of the Probability of a Binary Symbol «0» Erasing in a Single-Photon Asynchronous Communication Channel with a Receiver Based on a Photon Counter. Devices and Methods of Measurements. 2021;12(2):156-165. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2220-9506-2021-12-2-156-165
Просмотров:
1582
ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)
ISSN 2414-0473 (Online)
Послать статью по эл. почте 