發(fā)布時間：2018-11-22 12:44

【摘要】：高速深空通信是深空探測的關(guān)鍵技術(shù)之一,具備單光子靈敏度的激光通信系統(tǒng)將大大提高現(xiàn)有的深空通信速度.然而,單光子條件下的激光通信不僅需要考慮傳輸環(huán)境的影響,還需要考慮實際單光子探測器性能和光子數(shù)量子態(tài)的分布.本文在不考慮大氣湍流影響的情況下,以光電探測模型為基礎(chǔ),引入超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)系統(tǒng)的探測效率和暗計數(shù),建立了反應(yīng)系統(tǒng)差錯性能的數(shù)學模型,提出了系統(tǒng)誤碼率的計算公式.先對公式中的光強和激光脈沖重復(fù)頻率對誤碼率的影響進行仿真,再通過實驗結(jié)果驗證仿真模型.結(jié)果表明,光強對誤碼率的影響最明顯,隨著光強從0.01光子/脈沖到1000光子/脈沖的增加,誤碼率從10~(-1)到10~(-7)量級明顯下降;激光脈沖重復(fù)頻率對誤碼率的影響受到不同光強的制約,但都隨著脈沖重復(fù)頻率的增加呈下降趨勢.與此同時,當增加光強或者提高速度時,誤碼率高于仿真結(jié)果,約在10~(-4)量級,其原因可能是實際通信中調(diào)制光信號的消光比不足和光纖引入背景噪聲提高了系統(tǒng)暗計數(shù).以上模型和實驗結(jié)果為進一步開展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基礎(chǔ).
[Abstract]:High speed deep space communication is one of the key technologies in deep space exploration. The laser communication system with single photon sensitivity will greatly improve the speed of the existing deep space communication. However, in the case of single-photon laser communication, not only the effect of transmission environment, but also the performance of the actual single-photon detector and the distribution of the number of photon substates should be considered. In this paper, without considering the influence of atmospheric turbulence, based on the photoelectric detection model, the detection efficiency and dark count of the (SNSPD) system of superconducting nanowire single photon detector are introduced, and the mathematical model of the error performance of the reaction system is established. A formula for calculating system bit error rate (BER) is presented. The influence of the light intensity and the repetition rate of laser pulse on the bit error rate in the formula is first simulated, and then the simulation model is verified by the experimental results. The results show that the effect of light intensity on bit error rate is the most obvious. With the increase of light intensity from 0.01 photon / pulse to 1000 photon / pulse, the error rate decreases obviously from 10 ~ (-1) to 10 ~ (-7). The effect of laser pulse repetition rate on bit error rate is restricted by different light intensity, but all of them decrease with the increase of pulse repetition rate. At the same time, when the light intensity is increased or the speed is increased, the bit error rate is higher than the simulation result, which is about 10 ~ (-4). The reason may be that the extinction ratio of modulated light signal in practical communication and the background noise introduced by optical fiber can improve the system dark count. The above model and experimental results lay a foundation for the further development of high-speed deep space laser communication based on SNSPD, such as Moon Earth, Mars Earth and so on.
【作者單位】： 南京大學超導(dǎo)電子學研究所;北京跟蹤與通信技術(shù)研究所;
【基金】：國家重點研發(fā)計劃(批準號:2017YFA0304002) 國家自然科學基金(批準號:11227904,61471189)資助的課題~~
【分類號】：TN929.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 崔明路;王治強;劉薇;;空-地單光子通信全鏈路仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J];空間科學學報;2012年02期

2 崔明路;王治強;劉薇;;基于蒙特卡羅的星-地單光子通信仿真方法[J];計算機工程;2011年07期

3 王晶晶;何博;于波;劉巖;王曉波;肖連團;賈鎖堂;;單光子調(diào)制鎖定Fabry-Perot腔[J];物理學報;2012年20期

4 于思源;劉劍峰;張光宇;馬晶;譚立英;;基于拉蓋爾-高斯光束的單光子捕獲理論研究[J];應(yīng)用光學;2008年02期

5 張鵬飛,周金運,廖�？�,劉頌豪;APD單光子探測技術(shù)[J];光電子技術(shù)與信息;2003年06期

6 劉文杰;陳漢武;劉景發(fā);劉志昊;;基于互認證的三維單光子量子安全直接通信[J];中南大學學報(自然科學版);2009年S1期

7 馮金垣,呂華,崔迎超,黃靜;用于單光子探測的APD的低溫特性[J];半導(dǎo)體光電;2004年03期

8 呂華;彭孝東;;單光子探測器APD的外圍抑制電路設(shè)計[J];科技經(jīng)濟市場;2007年07期

9 權(quán)東曉;裴昌幸;劉丹;趙楠;;基于單光子的單向量子安全通信協(xié)議[J];物理學報;2010年04期

相關(guān)會議論文 前2條

1 魏正軍;王金東;張智明;;紅外單光子探測器實際安全性的研究[A];第十六屆全國量子光學學術(shù)報告會報告摘要集[C];2014年

2 劉文杰;陳漢武;劉景發(fā);劉志昊;;基于互認證的三維單光子量子安全直接通信[A];2009年中國智能自動化會議論文集（第六分冊）[中南大學學報（增刊）][C];2009年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 羅韓君;單光子成像探測關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學;2013年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 劉巖;基于單光子相位調(diào)制的多路復(fù)用密鑰分發(fā)系統(tǒng)的研究[D];山西大學;2014年

2 戴志強;基于量子密鑰分發(fā)的單光子探測器初步設(shè)計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2015年

3 李繼偉;光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)中的多址技術(shù)及單光子波長變換研究[D];西安電子科技大學;2014年

4 于方磊;基于單光子探測的激光三維點云數(shù)據(jù)處理方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

5 歐陽陽;基于不完美輔助光子源的量子放大研究[D];南京郵電大學;2016年

6 張櫟存;單光子探測器的研究與設(shè)計[D];北方工業(yè)大學;2017年

7 王晶晶;光纖系統(tǒng)中單光子相位干涉的研究[D];山西大學;2012年

8 孫建虎;基于光纖鏈路單光子的偏振誘導(dǎo)相位噪聲補償?shù)难芯縖D];山西大學;2009年

9 何博;基于FP腔的單光子傳輸特性及鎖定[D];山西大學;2013年

10 高艷磊;基于單光子探測器和拉曼散射的量子信息存儲研究[D];河北師范大學;2015年

，

本文編號：2349414