【摘要】：為了研究塵埃等離子體中帶電塵埃的粒子半徑、粒子濃度和帶電荷數(shù)對(duì)量子通信性能的影響,首先根據(jù)Mie散射理論得到單個(gè)帶電塵埃粒子的光散射截面;然后通過粒子濃度求出總的消光截面,得出鏈路衰減的數(shù)學(xué)模型,提出了帶電粒子特性與量子糾纏度的關(guān)系;針對(duì)退極化信道,當(dāng)單個(gè)塵埃粒子所吸附帶電粒子的個(gè)數(shù)為50時(shí),給出了塵埃粒子半徑、粒子濃度與信道容量和量子誤碼率的定量關(guān)系.仿真結(jié)果表明,當(dāng)量子信號(hào)的傳輸距離為10km時(shí),塵埃粒子濃度從1×10~(10) m~(-3)增加到10×10~(10) m~(-3),信道容量從0.6726降低到0.1075;塵埃粒子半徑從0.1μm增加到10μm時(shí),量子誤碼率由1.334×10~(-3)增加到5.309×10~(-3).由此可見,塵埃等離子體中帶電塵埃粒子的半徑和濃度對(duì)量子衛(wèi)星通信性能有顯著的影響.因此,為確保量子通信的可靠性,應(yīng)根據(jù)所探測到的等離子體環(huán)境的狀況,調(diào)整衛(wèi)星通信系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù).
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圖片說明： 之間的定量關(guān)系，并通過仿真進(jìn)行驗(yàn)證，為光量子信號(hào)在星地之間傳輸時(shí)，量子通信系統(tǒng)的有序進(jìn)行提供參照依據(jù)．１帶電塵埃粒子的光散射截面對(duì)于塵埃等離子體中的單個(gè)塵埃粒子，將其視為半徑為ｒｄ的球形粒子來處理．塵埃粒子相對(duì)于電子、離子和其他中性粒子而言，質(zhì)量較大，，處于電離層等離子體環(huán)境中與周圍的電子、離子相互碰撞，吸附一定數(shù)量的電子和離子，在其表面周圍形成半徑為λＤ的屏蔽德拜云［１３］．其模型見圖１．其中屏蔽德拜云的屏蔽半徑可用德拜長度［１３］表示為圖１帶電塵埃粒子模型Ｆｉｇ．１ＣｈａｒｇｅｄｄｕｓｔｐａｒｔｉｃｌｅｍｏｄｅｌλＤ＝（ε０ｋＢＴ／ｎｅｅ２）１２（１）式中，ε０為真空中的介電常數(shù)，ｋＢ為玻爾茲曼常數(shù)，Ｔ為背景溫度，ｎｅ為帶電塵埃系統(tǒng)中電子密度，ｅ為基元電荷．１２０６００２－２
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圖片說明： 和復(fù)折射率等參數(shù)有關(guān)．由文獻(xiàn)［１０］可知，當(dāng)ｒｄ／λＤ≤５時(shí)，可將塵埃粒子看成是孤立的，即塵埃粒子之間的相互作用可以忽略不計(jì)，則可得到單個(gè)塵埃粒子的光散射截面．若中心塵埃粒子的復(fù)折射率取冰晶粒子的復(fù)折射率［１１］為１．７８＋７．７８×１０－６ｉ，背景溫度Ｔ＝３００Ｋ，電子密度ｎｅ＝５×１０１０ｍ－３．采用波長λ＝１．５５μｍ的光量子信號(hào)進(jìn)行通信，則在不同的電荷數(shù)下，單個(gè)帶電塵埃粒子的光散射截面隨粒子半徑的變化如圖２所示．圖２中，ｒｄ表示粒子半徑，取值范圍為０～１０μｍ，σｓｃａ表示散射截面．從圖中可以看出，當(dāng)電荷圖２散射截面與粒子半徑的關(guān)系Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｒａｄｉｕｓ數(shù)一定時(shí)，隨著塵埃粒子半徑的增加，其光散射截面呈類線性增加．因?yàn)槭街杏校澹穑ǎ颍洌耍模╉?xiàng)，將文中所給參數(shù)代入，計(jì)算出德拜長度λＤ＝２８．７μｍ，而塵埃粒子的半徑取值為０～１０μｍ，所以指數(shù)增加不明顯，類似于線性增加．當(dāng)粒子半徑一定時(shí)，隨著電荷數(shù)的增加，帶電塵埃粒子的帶電量在增加，屏蔽德拜云的散射截面和中心塵埃粒子與屏蔽德拜云的相干截面也隨之增加，從而總的光散射截面也在增加．１２０６００２－３
【作者單位】： 西安郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院;西北工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院;西安電子科技大學(xué)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(No.61172071) 陜西省國際科技合作與交流計(jì)劃項(xiàng)目(No.2015KW-013) 陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目(No.16JK1711)資助~~
【分類號(hào)】：O413;P354.2;TN927.2

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1 賈潔姝;電磁波在塵埃等離子體中的傳輸特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2516050