Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Однофотонные приёмники для систем квантового распределения ключей. Учебное пособие
.pdf
6.3. Функциональная схема экспериментальной установки для имитации съёма…
101
6.3. Функциональная схема экспериментальной установки
для имитации съёма информации с ВОЛС
Функциональная схема эксперимента для моделирования подключе-
ния к ВОЛС с использованием волоконно-оптической прищепки-ответвителя для съёма представлена на рис. 6.8.
Волоконно-оптическая
прищепка-ответвитель
FOD 5503
Волоконнооптический
аттенюатор
SVA-1
Однофотонный
детектор
id-201
Патч-корд
ШО-SM-0.9-FC/UPC-01.5
с оголённым участком
волокна
Нормализующая катушка
КН-SM-FC/UPC-FC/UPC-
1000.0
Нормализующая катушка
КН-SM-FC/UPC-FC/UPC-
500.0
«Выход А»
«Дополнительный выход А»
Х9
Х13
Х6 Х10
Х14
Х15
X3
X11
Фотодетектор
ПОС-01
X1
X2
Х12
X16
X4
Х
5
Осциллограф
LeCroy
WaveSurfer
104Xs
Волоконнооптический
телефон
Диалог-7
Волоконнооптический
телефон
Диалог-7
Генератор
импульсов
Tabor 8500
Х7
Х8
Волоконнооптический
разветвитель
Рис. 6.8. Функциональная схема экспериментальной установки
для моделирования съёма информации с ВОЛС
Оптический сигнал с центральной длиной волны излучения около
1550 нм передаётся от одного волоконно-оптического телефона «Диалог-7»
к другому. Для имитации канала связи с относительной большой протяжённостью используются нормализующие катушки. Для возможности последующего подключения волоконно-оптической прищепки-ответвителя в моделируемый канал связи дополнительно включён оптический шнур с участком
волокна, очищенного до полимерной оболочки диаметром 125 мкм.
Волоконно-оптический аттенюатор SVA-1 вносит затухания на
участке «волоконно-оптическая прищепка-ответвитель – однофотонный
приёмный модуль ID 201 », моделируя тем самым вывод излучения из
ВОЛС с уровнем мощности минус 55 дБм.
6. Экспериментальные исследования системы съема информации с ВОЛС…
102
Для последующего сравнения регистрируемого сигнала с передава-
емым осуществляется вывод излучения из моделируемого канала связи с
использованием волоконно-оптического разветвителя. Далее сигнал с разветвителя поступает на фотодетектор ПОС-1, а с него на осциллограф
LeCroy WaveSurfer 104Xs.
После перестраиваемого оптического аттенюатора ослабленный сиг-
нал подаётся на однофотонный приёмный модуль ID 201, к которому в качестве внешнего блока запуска подключён генератор импульсов Tabor 8500.
После регистрации сигнал с выхода однофотонного приёмного мо-
дуля ID 201подаётся на цифровой осциллограф LeCroy WaveSurfer 104Xs.
Импульсы, получаемые на выходе генератора импульсов Tabor 8500,
также подаются на осциллограф.
Внешний вид экспериментальной установки для моделирования
подключения к ВОЛС аппаратуры съёма представлен на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Внешний вид экспериментальной установки для моделирования
подключения к ВОЛС аппаратуры съёма
6.4. Методика проведения испытаний
Методика проведения испытаний заключается в следующем:
1) включить используемое оборудование, прогреть его в течение
времени, указанного в технической документации;
6.4. Методика проведения испытаний
103
2) с помощью волоконно-оптического микроскопа проверить чи-
стоту всех оптических коннекторов; в случае необходимости провести их
очистку;
3) настроить генератор импульсов Tabor 8500 – задать прямоуголь-
ную форму формируемых импульсов, установить период следования импульсов равным 125 нс и длительность импульсов равной 20 нс.
4) настроить однофотонный приёмный модуль ID 201:
установить тип источника сигнала запуска (внешний);
установить вероятность детектирования как пользовательскую
(USER);
установить длительность импульса стробирования как пользова-
тельскую (USER) и задать её значение равным 4 нс;
установить нулевое время нечувствительности;
уровень смещения установить равным 4125.
5) собрать схему, как показано на рис. 6.10.
6) измерить уровень мощности с выхода перестраиваемого оптиче-
ского аттенюатора SVA-1. С помощью органов управления установить значение мощности равным минус 55 дБм.
7) собрать схему, как показано на рис. 6.8.
Волоконно-оптическая
прищепка-ответвитель
FOD 5503
Волоконнооптический
аттенюатор
SVA-1
Оптический
тестер
FOD 1203 C/D
Волоконно-
оптический
телефон
Диалог-7
Волоконнооптический
телефон
Диалог-7
Волоконнооптический
разветвитель
Рис. 6.10. Схема измерения мощности сигнала, выводимого с ВОЛС
В итоге на осциллографе должны быть отображены передаваемый
волоконно-оптическим телефоном сигнал, сигнал с генератора импульсов
и сигнал, регистрируемый модулем однофотонного детектирования.
6. Экспериментальные исследования системы съема информации с ВОЛС…
104
6.5. Проведение измерений
Изменение 1. Изменяйте значение смещения от 3800 до 4300 с шагом 50. Сделайте скриншоты с экрана осциллографа. Найдите такое значение смещения, при котором импульсы с выхода однофотонного приёмного
модуля ID 201 будут максимально повторять форму сигнала, передаваемого волоконно-оптическими телефонами.
Изменение 2. Установите значение найденного смещения. Изменяйте значение длительности импульса стробирования от 0 до 6 нс с шагом 0,2. Сделайте скриншоты с экрана осциллографа. Найдите значение
длительности импульса стробирования, при котором импульсы с выхода
ID 201 будут максимально повторять форму сигнала, передаваемого волоконно-оптическими телефонами.
6.6. Обсуждение результатов экспериментов
Руководствуясь полученными результатами измерений 1, объясните
влияние напряжения смещения на вероятность регистрации оптических
импульсов (при передаче двоичной единицы «1» по каналу связи) и на вероятность регистрации темновых импульсов (при передаче двоичного нуля
«0» по каналу связи).
Руководствуясь полученными результатами измерений 2, объясните
влияние длительности импульса стробирования на вероятность регистрации оптических импульсов (при передаче двоичной единицы «1» по каналу
связи) и на вероятность регистрации темновых импульсов (при передаче
двоичного нуля «0» по каналу связи).
6.3. Функциональная схема экспериментальной установки для имитации съёма…
105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Одной из тенденций развития систем квантовой криптографии является совершенствование элементной базы, предусматривающее преодоление технологических сложностей изготовления компонентов.
Для исключения возможности несанкционированного доступа в системах, работающих на одночастичных состояниях, разрабатываются однофотонные фотодетекторы, к которым могут быть отнесены только фотодетекторы с коэффициентом умножения больше 10 000.
Ведутся разработки однофотонных лавинных фотодиодов с большим коэффициентом умножения и незначительным уровнем собственных
шумов.
Чувствительность однофотонных ЛФД во много раз больше чувствительности обычного фотодиода. Однако управление процессом лавинного умножения представляет сложную задачу. Во-первых, технология изготовления должна обеспечивать высокую однородность перехода. В противном случае при наличии даже сверхмалых неоднородностей на фоточувствительной площадке возникают области локального повышения поля,
приводящего к преждевременному локальному пробою в этих областях.
Во-вторых, в однофотонных ЛФД необходимо точно поддерживать рабочее напряжение. Относительная точность поддержания рабочего напряжения должна составлять доли процента. Высокие требования к стабилизации
рабочего напряжения, возрастающие с ростом коэффициента умножения,
являются одной из серьёзных причин, ограничивающих максимальное значение этого коэффициента.
Глоссарий
106
ГЛОССАРИЙ
Алиса (Alice) – условное обозначение отправителя.
Бит – система, которая может принимать два значения: логического
«0» и логической «1».
Боб (Bob) – условное обозначение получателя.
Ева (Eve) – условное обозначение злоумышленника, целью которого
является перехват информации о передаваемом ключе (Eve от английского
eavesdropper – злоумышленник).
Информация конфиденциальная – информация, требующая за-
щиты.
Канал квантовый канал, где носителем информации является
квант.
Квант – определённое количество энергии, которое отдаётся или
поглощается атомом (молекулой) при квантовом переходе из одного состояния в другое.
Ключ – сменный элемент шифра, который применяется для шифро-
вания конкретного сообщения.
Криптография – наука о создании секретной информации.
Криптография квантовая – наука о создании секретной информа-
ции на основе законов квантовой физики, методах защиты информации путём использования квантовых носителей.
Линия связи среда распространения электромагнитных волн, ис-
пользуемая для передачи сигналов от передающего устройства к приёмному устройству.
Объект квантовый в системах КРК – фотоны в свободном про-
странстве или оптических волокнах.
Передача квантового состояния – уничтожение квантового состояния в одной пространственно-временной точке и появление в другой пространственно-временной точке.
Протокол – совокупность действий (инструкций, команд, вычислений, алгоритмов), выполняемых в заданной последовательности двумя или
более субъектами с целью достижения определённого результата.
Протокол квантовый – протокол выработки общего секретного
ключа с помощью квантов и квантовых каналов связи.
Глоссарий
107
Протокол криптографический – протокол, который использует
криптографические преобразования данных.
Распределение ключа квантовое – технология на основе законов
квантовой физики для создания у двух удалённых пользователей строку случайных бит, которая используется в качестве криптографического ключа.
Сеть данных совокупность узлов и каналов электросвязи, специ-
ально созданная для организации связей между определёнными точками с
целью обеспечения передачи данных между ними.
Сеть связи часть системы связи, выделенная по роду или виду
связи и состоящая из совокупности узлов связи, абонентских терминалов и
соединяющих их линий связи, решающая задачу по доставке информации
в соответствии с заданным адресом.
Сигнал передаваемое квантовое состояние в системе КРК.
Система совокупность взаимосвязанных технических средств,
объединённых общими целенаправленными правилами взаимодействия.
Система передачи информации совокупность технических
средств и среды распространения, осуществляющих передачу информации
от источника к получателю.
Система передачи информации волоконно-оптическая система
для обеспечения связи между двумя или несколькими пунктами посредством электромагнитных волн оптического диапазона с передачей информации по волоконным световодам.
Система связи система, служащая для передачи сообщений от од-
ного абонента к другому.
Состояние квантового объекта – список (каталог) возможных ре-
зультатов любых измерений над этим объектом.
Состояния базисные – совокупность состояний, которые взаимно
ортогональны.
Состояния взаимно ортогональные два взаимно независимых
состояния, причём, если объект находится в одном из них, он не может
быть обнаружен в другом состоянии.
Станция комплекс технических устройств, содержащий один или
более передатчиков, приёмников и вспомогательную аппаратуру и предназначенный для решения различных задач, связанных с передачей и приёмом информации.
Глоссарий
108
Счётчик фотонов – устройство для регистрации отдельных фото-
нов.
Фотон – квант (наименьшая порция) электромагнитного излучения данной частоты, испущенный при квантовом переходе между двумя
уровнями.
Список литературы
109
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хайров, И. Е. Исследование амплитудных методов селекции одно-
электронных импульсов в оптических информационных системах,
работающих в режиме счета фотонов [Текст]: дис. … канд. техн.
наук: 05.13.13 / И. Е. Хайров – Таганрог, 2003. – 180 с.
2. Артемьев, В. В. Фотоэлектронные счётчики фотонов: Обзор [Текст]
/ В. В. Артемьев // Оптико-механическая промышленность. – 1974. –
№ 1. – С. 62–68.
3. Perkins M.L. at al. Review of tradeoffs for quenched avalanche photodi-
ode sensors for imaging turbID media // Microelectronics Journal. – 2000.
– Volume 31, Issue 7. – Р. 605–610.
4. Обзор отечественных радиометрических и спектрометрических си-
стем, которые могут быть использованы для целей учета и контроля
ядерных материалов (Электронный ресурс). – http://www.vniia.ru/
rgamo/informob/doc/obzorrus.pdf.
5. Фриман, Р. Волоконно-оптические системы связи. [Текст] / Р. Фри-
ман – Москва, Изд-во «Техносфера», 2003. – 447 с.
6. Single photon detection module application note (Электронный ресурс).
– http://www.idquantique.com/products/files/id200-appnote.pdf.
7. Кауфманн, К. Световое излучение и шум [Текст]: руководство по
выбору фотодетекторов / К. Кауфманн – Фотоника. – № 3. – 2007. –
С. 6–9.
8. Иванов, А. В. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи,
измерения [Текст] / А. В. Иванов – Москва, Сайрус Системс, – 1999.
– 658 с.
9. Арсеньев В. В. Приёмные устройства оптического диапазона [Текст]:
учеб. пособие / В.В. Арсеньев, Ю. Т. Давыдов – Москва, Изд-во
МАИ, – 1992. – 157 с.
10. Чео П. К. Волоконная оптика: Приборы и системы [Текст]: пер. с
англ. / П. К. Чео – Москва, Энергоатомиздат, – 1988. – 280 с.
11. Cova S. et al Evolution and prospects for single-photon avalanche diodes
and quenching circuits // Journal of modern optics. – 2004. – Vol. 51. –
№ 9–10. – P. 1267–1288.
Список литературы
110
12. Low Noise Avalanche Photodiode Module for OTDRs: Preliminary Spec-
ifications // Epitaxx. – 2008. – 4 р.
13. Стерлинг, Д. Дж. Младший Техническое руководство по волокон-
ной оптике [Текст]: 2-е изд.: пер. с англ. Д. Дж. Стерлинг младший –
Москва, Изд-во «Лори», – 1998. – 181 с.
14. Multi-pixel photon counter (Электронный ресурс). – http://jp.hama-ma-
tsu.com/resources/products/ssd/eng/html/mppc_e/pdf/mppc_kapd
9003e02.pdf.
15. Makarov, V. Quantum cryptography and quantum cryptanalysis // Ph.D.
thesis, Norwegian University of Science and Technology – 2007. – 158 p.
16. Kang, Y., Lu H. X., Y.-H. Lo Dark count probability and quantum effi-
ciency of avalanche photodiodes for single-photon detection // Applied
Physics Letters. – 2003. – Volume 83, Number 14. – P. 2955–2957.
17. Ribordy, G. et al. Performance of InGaAs/InP avalanche photodiodes as
gated-mode photon counters // Applied Optics. – 1998. – Volume 37, Is-
sue 12. – Р. 2272–2277.
18. Гулаков, И. Р. и др. Исследование лавинных фотоприёмников с боль-
шой фоточувствительной площадью в режиме счёта фотонов [Текст]
/ И. Р. Гулаков // Приборы и техника эксперимента. – 2007. – № 12.
– С. 112–115.
19. Rochas, A. Single Photon Avalanche Diodes in CMOS Technology //
Ph.D. thesis, Institute of Microelectronics and Microsystems. – 2003. –
231 p.
20. ID 201 Single-photon detection module: operating guide (Электронный
ресурс) – http://www.idquantique.com/images/stories/PDF/ID 201-sin-
gle-photon-counter/ ID 201-operating-guide.pdf.
21. ID 300 Short-pulse laser source: operating guide (Электронный ресурс)
– http://www.idquantique.com/images/stories/PDF/ID 300-laser-source/
ID 300-operating. pdf.
22. AQ2200 Multi Application Test System (Application Operation). User’s
Manual // Yokogawa Electric Corporation, 2008. – 2nd edition. – 244 p.
23. Model 810518900 AQ2201/AQ2202 Frame Controller. User’s Manual //
Yokogawa Electric Corporation, 2005. – 2nd edition. – 393 p.
24. AQ2200 Multi Application Test System (Application Operation). User’s
Manual // Yokogawa Electric Corporation, 2008. – 2nd edition. – 244 p.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]