Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Однофотонные приёмники для систем квантового распределения ключей. Учебное пособие
.pdf
3.5. Режимы отображения информации
71
Задание определяемой пользователем вероятности детектирова-
ния фотонов. Если при задании вероятности детектирования фотонов вы-
брано значение USER, то пользователь может сам определять вероятность
детектирования фотонов. Для этого необходимо выбрать значение напряжения смещения и нажать клавишу Enter.
Значение смещения зависит от длительности стробирующего им-
пульса и вероятности детектирования фотонов. Откалиброванное значение
смещения можно найти на дисплее в режиме отображения основной информации. Значение смещения не приводится в вольтах, а дано в соответствии со значениями регистра. Смещение не должно быть слишком большим, так как в противном случае можно повредить InGaAs диод.
3.5. Режимы отображения информации
Однофотонный приёмный модуль ID 201имеет несколько режимов
отображения информации. Между ними можно переключаться в режиме
счёта фотонов. Переключение осуществляется с помощью клавиш выбора
меню и настройки параметров Up и Down, расположенных на передней панели однофотонного приёмного модуля.
Режим измерения частоты. В первом режиме на дисплее прибора
отображаются значения частоты счёта фотонов внутреннего и дополнительного счётчиков (рис. 3.5). Значение внутреннего счётчика отображается в верхней части экрана (Detector), а значение дополнительного счётчика – в нижней части (Auxcounter). Частота работы счётчиков рассчитывается как отношение количества отсчётов, накапливаемых в течение периода обновления информации, выводимой на дисплей, к длительности данного периода. При нажатии клавиши Start/Stop происходит запуск счётчиков или их остановка. Когда однофотонный приёмный модуль ID 201 работает, в правом верхнем углу дисплея отображается надпись RUN. При остановке работы появляется надпись Hold.
Рис. 3.5. Режим отображения измерения частоты
3. Однофотонный приемный модуль ID 201
72
Режим отображения количества отсчётов. Во втором режиме
отображается количество отсчётов внутреннего и дополнительного счётчиков (рис. 3.6). Как и в предыдущем случае, внутренний счётчик отображается в верхней части экрана, а дополнительный в нижней. Клавиша
Start/Stop используется для запуска и остановки счётчиков. В верхнем правом углу экрана отображается хронометр. При первом нажатии клавиши
Start/Stop счётчики запускаются, хронометр начинает работать. Второе
нажатие клавиши Start/Stop фиксирует значения счётчиков и останавливает
работу хронометра. Следующее нажатие клавиши Start/Stop обнуляет значение счётчиков и хронометра и вновь запускает их.
Рис. 3.6. Режим отображения
количества отчётов
Режим отображения частоты сигнала запуска и частоты работы
внутреннего счётчика. В третьем режиме на дисплее отображаются ча-
стота сигнала запуска (Trigger) и частота работы внутреннего счётчика
(Detector) (рис. 3.7). Этот режим может быть использован для определения
частоты сигнала запуска. Клавиша Start/Stop запускает и останавливает работу счётчиков.
Рис. 3.7. Режим отображения частоты сигнала запуска
и частоты работы внутреннего счётчика
Режим отображения коэффициента детектирования. В четвёртый
режим в верхней части экрана отображается отношение количества отсчётов внутреннего счётчика к количеству отсчётов сигнала запуска, выраженное в процентах, а в нижней части экрана – частота работы дополнительного счётчика (рис. 3.8).
3.5. Режимы отображения информации
73
Рис. 3.8. Режим отображения коэффициента детектирования
Режим отображения основной информации. Последний режим
отображает все важные параметры детектора (рис. 3.9). Значение смещения
зависит от длительности импульса стробирования и от вероятности детектирования фотона.
Рис. 3.9. Режим отображения основной информации
Во всех режимах всякий раз, когда при нажатии клавиши Enter вызывается меню настроек, в верхней части экрана отображается счёт фотонов. Нижняя часть экрана используется для настройки необходимых параметров (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Пример отображения меню при нажатии клавиши Enter
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
74
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ОДНОФОТОННОГО ПРИЁМАНОГО МОДУЛЯ ID 201
4.1. Цель экспериментальных исследований
Изучение принципа работы однофотонного приёмного модуля
ID 201. Оценка влияния напряжения смещения на вероятность детектиро-
вания фотонов, влияния частоты стробирования на частоту появления импульсов темнового тока, влияния времени нечувствительности на величину
остаточного импульса.
4.2. Приборы и принадлежности для проведения
экспериментальных исследований
В ходе проведения лабораторной работы помимо однофотонного
приёмного модуля ID 201 необходимо использовать следующие приборы и
принадлежности:
лазерный источник коротких импульсов ID 300;
модульную систему для тестирования оборудования и компонен-
тов ВОЛС Yokogawa AQ2202;
перестраиваемый оптический аттенюатор SVA-1;
постоянный оптический аттенюатор на 10 дБ;
программируемый генератор импульсов Tabor 8500;
осциллограф LeCroy WaveSurfer 104Xs;
волоконно-оптический микроскоп Westover FM-C400;
BNC-шнуры;
шнур оптический соединительный ШО-SM-0.9-FC/UPC-FC/UPC-01.5.
Лазерный источник коротких импульсов ID 300 (рис. 4.1) пред-
назначен для генерации субнаносекундных лазерных импульсов с частотой
до 500 МГц при подаче на него сигнала запуска от внешнего источника31.
Каждый сгенерированный импульс имеет длительность 300 пс.
31
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.
4.2. Приборы и принадлежности для проведения экспериментальных исследований
75
Рис. 4.1. Внешний вид лазерного источника коротких импульсов ID 300
Модульная система для тестирования оборудования и компонентов ВОСП Yokogawa AQ2202 (рис. 4.2) предназначена для проведения
тестирования различного оборудования и пассивных компонент волоконно-оптических систем передачи32. Основу системы AQ2202 составляет
фрейм-контроллер на 9 слотов. В слоты расширения этого шасси можно
установить любой из 20-ти модулей различного назначения – узкополосные, перестраиваемые или широкополосные источники излучения, измерители оптической мощности, оптические переключатели, аттенюаторы, измерители уровня обратного отражения и битовых ошибок, и др.
Рис. 4.2. Модульная система для тестирования оборудования
и компонентов ВОСП Yokogawa AQ2200
Для проведения экспериментальных исследований используется модуль стабилизированного источника оптического излучения на основе лазерного диода с резонатором Фабри-Перо AQ 2200-141 (рис. 4.3,а) и модуль измерения оптической мощности в широком диапазоне длин волн
AQ 2200-211 (рис. 4.3,б).
32
AQ2200 Multi Application Test System (Application Operation). User’s Man-
ual // Yokogawa Electric Corporation, 2008. 2nd edition. 244 p.; Model 810518900
AQ2201/AQ2202 Frame Controller. User’s Manual // Yokogawa Electric Corporation,
2005. 2nd edition. 393 p.
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
76
а б
Рис. 4.3. Внешний вид модулей AQ2200-141 (а) и AQ2200-211 (б)
Перестраиваемый оптический аттенюатор SVA-1 (рис. 4.4) пред-
назначен для внесения задаваемого оператором затухания в волоконно-оптический тракт33. Аттенюатор позволяет установить значение затуханий от
0 до 80 дБ.
Рис. 4.4. Внешний вид перестраиваемого оптического аттенюатора SVA-1
Постоянный оптический аттенюатор (рис. 4.5) предназначен для
внесения постоянного затухания в волоконно-оптический тракт. При проведении экспериментальных исследований используется постоянный оптический аттенюатор номиналом 10 дБ.
33
SVA 1.Single-mode fiber optic variable attenuator. User’s guide // AFL Tele-
communications, 2003. 11 p.
4.2. Приборы и принадлежности для проведения экспериментальных исследований
77
Рис. 4.5. Внешний вид постоянного оптического аттенюатора
Программируемый генератор импульсов Tabor 8500 (рис. 4.6)
является полностью программируемым двухканальным 50 МГц генератором импульсов с частотой следования 50 МГц34. Прибор способен генерировать мощные импульсы с временем нарастания менее 5 нс. Генератор
также обеспечивает полное цифровое управление параметрами импульсов:
длительностью импульса, задержкой импульса, временем нарастания импульса до высокого уровня и до низкого уровня и временем спада импульса
в рабочем цикле.
Рис. 4.6. Внешний вид генератора импульсов Tabor 8500
Параметры отображаются в виде 7 светящихся цифр. Выбранная
функция выделяется при помощи светодиодного индикатора. Имеется возможность изменения параметров импульсов, заданных в цифровой форме,
в очень широких диапазонах.
При использовании в качестве стендового измерительного прибора
любой из 30 предварительно запрограммированных режимов работы, сохранённых в долговременной памяти, может быть вызван простым нажатием клавиши, обеспечивая точное дублирование имеющихся настроек,
независимо от того, насколько они сложны. Таким образом, достигается
экономия времени, необходимого для настройки прибора при проведении
различных испытаний.
34
Программируемый генератор импульсов Tabor 8500. Руководство по экс-
плуатации // Tabor Electronics Ltd., 2005. 33 с.
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
78
Цифровой запоминающий осциллограф LeCroy WaveSurfer
104Xs (рис. 4.7) предназначен для исследования и измерения параметров
однократных сигналов и периодических сигналов в полосе частот
0…1000 МГц35. Устройство обеспечивает цифровое запоминание, цифровое измерение в диапазоне амплитуд от 2 мВ до 300 В и временных интервалов от 1 нс до 1000 с, автоматическую установку размеров изображения,
автоматическое измерение амплитудно-временных параметров входного
сигнала с выводом результата измерения на экран.
Рис. 4.7. Внешний вид цифрового запоминающего осциллографа
LeCroy WaveSurfer 104Xs
Волоконно-оптический микроскоп Westover FM-C400 (рис. 4.8)
обеспечивает оптическое увеличение изображения торца коннектора в
400 раз. Микроскоп предназначен для контроля чистоты поверхности торцов оптических коннекторов различных типов36.
Рис. 4.8. Внешний вид микроскопа Westover модели FM-C400
35
Осциллограф LeCroy WaveSurfer 104Xs. Руководство по эксплуатации //
Le Croy, 2007.165 с.
36
Микроскоп волоконно-оптический Westover модели FM-С400. Паспорт //
Фирма Westoverscientific, 2007. 9 с.
4.3. Функциональная схема экспериментальной установки для исследования…
79
Шнуры оптические соединительные (патч-корды) предназначены для разъёмного соединения элементов ВОЛС между собой и подключения их к контрольно-измерительной аппаратуре (рис. 4.9)37.
Рис. 4.9. Шнур оптический соединительный ШО-SM-0,9-FC/UPC-FC/UPC-1.0
4.3. Функциональная схема экспериментальной установки
для исследования однофотонного приёмного модуля ID 201
Функциональная схема экспериментальной установки представлена
на рис. 4.10.
Tabor 8500 id300
Постоянный
оптический
аттенюатор
Выход
«А»
Вход
«Trigger»
Выход
«Laser out»
Вход
«Optical in»
Перестраиваемый
оптический
аттениюатор
id201
Выход
«Clock out»
Выход
«TRIG/
Counter»
Рис. 4.10. Функциональная схема экспериментальной установки
для исследования работы однофотонного приёмного модуля ID 201
37
Шнуры оптические. ШO-SM-0,9-FC/UPC-FC/UPC-01.5. Паспорт. ТДУМ.
203733.001 ПС // Телеком-Комплекс-Сервис ССС Минсвязи России, 2006. 3 с.
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
80
На однофотонный приёмный модуль подаётся оптический сигнал,
предварительно ослабленный до однофотонного уровня посредствам постоянного и перестраиваемого оптических аттенюаторов. Для синхронизации однофотонного приёмного модуля и источника коротких лазерных импульсов необходимо выход «Clockout» ID 201 соединить с входом
«Trigger»ID 301. Так как сигнал с выхода «Clockout» однофотонного приёмного модуля имеет тип NIM, а вход «Trigger» источника лазерных импульсов – TTL, то необходимо использовать генератор импульсов, который
будет воспроизводить сигнал TTL, синхронизированный с NIM-сигналом с
выхода ID 201, и подавать его на ID 301.
4.4. Подготовка к проведению измерений
Перед началом работы следует включить все приборы: однофотонный приёмный модуль ID 201, лазерный источник коротких импульсов
ID 300, модульную систему Yokogawa AQ2202, программируемый генератор импульсов Tabor 8500, осциллограф LeCroy WaveSurfer 104Xs.
Расчёт мощности однофотонного сигнала. Перед проведением из-
мерений необходимо вычислить оптическую мощность в децибелах относительно 1 мВт (дБм), эквивалентную оптическим импульсам с частотой
10 кГц (на длине волны излучения = 1550 нм) со средним числом фотонов
в импульсе, равным 1.
При заданной частоте следования оптических импульсов F мощность фотонных импульсов рассчитывается по формуле
FEP
phph
.
Так как энергия фотона равна
hc
E
ph
, где h – постоянная Планка,
c – скорость света, λ – длина волны оптического излучения, то формула
для расчёта мощности фотонных импульсов принимает вид
Fch
P
рh
.
Таким образом, при частоте следования оптических импульсов F =
= 10 кГц мощность фотонных импульсов составляет минус 118,93 дБм.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]