Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

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

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

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

e-mail: tamvks@mail.ru



Список литературы

1. Дмитриев С.А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы / С.А. Дмитриев, Н.Н. Слепов. – 3-е изд. – М.: Техносфера, 2010. – 608 с.

2. Щеглов А.Ю. Анализ и проектирование защиты информационных систем. Контроль доступа к компьютерным ресурсам: методы, модели, технические решения / А.Ю. Щеглов. – СПб.: Профессиональная литература, 2017. – 416 с.

3. Vacca J.R. Managing Information Security. – 2nd Edition / J.R. Vacca. – Elsevier Inc: Waltham, 2014. – 372 p. DOI: 10.1016/C2011-0-08782-3

4. Тимофеев А.М. Влияние времени однофотонной передачи информации на вероятность ошибочной регистрации данных асинхронных квантово-криптографических каналов связи / А.М. Тимофеев // Вестник ТГТУ. – 2019. – Т. 25. – № 1. – С. 36–46. DOI: 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. DOI: 10.1016/j.phycom.2019.100756

6. Тимофеев А.М. Влияние времени однофотонной передачи информации на достоверность ее приема в квантово-криптографическом канале связи / А.М. Тимофеев // Системный анализ и прикладная информатика. – 2019.– № 1. – С. 67–72. DOI: 10.21122/2309-4923-2019-1-67-72

7. Килин 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.

8. Гулаков И.Р. Фотоприемники квантовых систем: монография / И.Р. Гулаков, А.О. Зеневич. – Минск: УО ВГКС, 2012. – 276 с.

9. Калачев А.А. Элементная база дальнодействующей квантовой связи. Часть 1 / А.А. Калачев // Фотоника. – 2017. – № 1. – С. 88–98. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.61.1.88.98

10. Калачев А.А. Элементная база дальнодействующей квантовой связи. Часть 2 / А.А. Калачев // Фотоника. – 2017. – № 2. – С. 80–88. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 10.1038/lsa.2015.59

17. Тимофеев А.М. Скорость передачи информации однофотонного канала связи с приемным модулем на основе счетчика фотонов с мертвым временем продлевающегося типа / А.М. Тимофеев // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. – 2019. – № 2. – С. 79–86.

18. 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. – С. 56–62.

19. Клюев Л.Л. Теория электрической связи: учебник / Л.Л. Клюев. – Минск: Техноперспектива, 2008. – 423 с.

20. Биккенин Р.Р. Теория электрической связи / Р.Р. Биккенин, М.Н. Чесноков. – М.: Издательский цент «Академия», 2010. – 336 с.

21. Privitera S. Single photon avalanche diodes: towards the large bidimensional arrays / S. Privitera [et al.] // Sensors. – 2008. – Vol. 8. – Pp. 4636–4655. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 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. DOI: 10.1016/j.nima.2017.11.044

28. Тимофеев А.М. Оценка влияния интенсивности оптического сигнала на вероятность ошибочной регистрации данных в однофотонном канале связи / А.М. Тимофеев // Информатика. – 2021. – T. 18. – № 2. – С. 84–94. DOI: 10.37661/1816-0301-2021-18-2-84-94


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: 176


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)