Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Однофотонные приёмники для систем квантового распределения ключей. Учебное пособие
.pdf
4.4. Подготовка к проведению измерений
81
Ослабление излучения лазерного источника ID 300 до однофо-
тонного уровня. Для изучения работы однофотонного приёмного модуля
ID 201 необходимо оптическое излучение, генерируемое лазерным источником ID 300, ослабить до фотонного уровня.
Для начала следует измерить уровень сигнала лазерного источника
ID 300. Для этого необходимо собрать схему, представленную на рис. 4.11.
Tabor 8500 id300 AQ2202
Выход
«А»
Вход
«Trigger»
Выход
«Laser out»
Вход
«OPT IN»
Рис. 4.11. Схема для измерения мощности оптического излучения
лазерного источника ID 300
Соединить выход А генератора импульсов Tabor 8500 с входом
TriggerID 300 при помощи BNC-шнура.
На генераторе импульсов установить период следования оптических
импульсов равным 100 мкс (что соответствует частоте 10 кГц).
Оптический выход модуля ID 300 соединить с входом OPT IN мо-
дульной системы Yokogawa AQ 2202. Установить следующие параметры
модульной системы:
режим измерений: нормальный (MeasMod:Normal);
усреднение: 5 с (Avg: 5s);
длина волны: 1550 нм (Wavelength: 1550 nm);
единицы измерения: дБ (unit: dBm);
модуляция: отсутствует (Modulation:CW).
Установка необходимых значений производится с использованием
клавиш управления. Более подробная информация по настройке AQ2202
описана в руководстве пользователя.
Записать измеренное значение мощности оптического излучения Р1.
Теперь измеренную мощность оптического излучения Р1 необхо-
димо ослабить до уровня мощности фотонного импульса Pph.
Для ослабления оптического излучения будем использовать постоянный и перестраиваемый оптические аттенюаторы (это позволит добиться
более точной подстройки уровня мощности сигнала). Постоянный аттеню-
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
82
атор вносит затухание, равное α
att_const
= 10 дБ. Затухание, вносимое пере-
страиваемым аттенюатором, обозначим как α
att_var
. Тогда ослабление опти-
ческого излучения до мощности фотонного импульса составляет
Pph(дБм)=P1(дБм)- α
att_const
(дБ)- α
att_var
(дБ).
Откуда затухание, которое необходимо установить на перестраивае-
мом аттенюаторе, вычисляется по формуле:
α
att_var
(дБ)=P1(дБм)-Pph(дБм)- α
att_const
(дБ).
Для точного измерения значения, устанавливаемого на перестраива-
емом аттенюаторе, будем использовать модульную систему Yokogawa
AQ2202 (так как на аттенюаторе нет шкалы).
Соединим выход OPT OUT и вход OPT IN системы AQ2202. Запи-
шем измеренное значение мощности лазера PL.
При помощи оптического шнура соединим выход OPT OUT системы
AQ2202 и вход перестраиваемого аттенюатора (рис. 4.12). Выход аттенюатора соединим с входом OPT IN системы AQ2202.
AQ2202 SVA-1
Вход
«OPT IN»
Выход
«OPT OUT»
Вход
Выход
Рис. 4.12. Настройка перестраиваемого аттенюатора
Мощность сигнала после прохождения аттенюатора должна состав-
лять:
P
after_att
(дБм)=PL(дБм)-α
att_var
(дБ).
Учитывая формулу для вычисления затухания перестраиваемого ат-
тенюатора, получим:
P
after_att
(дБм)=PL(дБм)-P1(дБм)+Pph(дБм)+α
att_const
(дБ).
Регулируя значение затухания перестраиваемого оптического атте-
нюатора, ослабляем сигнал до нужного уровня. Таким образом, на аттенюаторе получаем необходимое затухание.
4.4. Подготовка к проведению измерений
83
Оптический шнур с выхода «Laserout» лазерного источника ID 300
соединяем последовательно с постоянным и перестраиваемым аттенюаторами. Выход перестраиваемого аттенюатора соединяем при помощи оптического шнура с оптическим входом однофотонного детектора ID 201
(рис. 4.13).
Tabor 8500 id300
Постоянный
оптический
аттенюатор
Выход
«А»
Вход
«Trigger»
Выход
«Laser out»
Вход
«Optical in»
Перестраиваемый
оптический
аттениюатор
id201
Рис. 4.13. Схема подачи фотонного импульса на вход
однофотонного приёмного модуля ID 201
Таким образом, на вход однофотонного приёмного модуля ID 201
подаётся сигнал, ослабленный до уровня одиночного фотона.
Настройка задержки. При помощи BNC-шнура соединить выход
Clockout однофотонного приёмного модуля ID 201 с Т-образным BNC-раз-
ветвителем, соединённым с входом TRIG/COUNTER INPUT генератора
импульсов Tabor 8500. Ещё одним BNC-шнуром соединить BNC-разветвитель со входом осциллографа LeCroy (рис. 4.14).
Tabor 8500
id201 LeCroy
Выход
«TRIG/
Counter»
Выход
«Clock out»
Выход
«А»
Вход 1
Вход 2
Рис. 4.14. Схема настройки задержки сигнала с выхода
однофотонного приёмного модуля ID 201
При помощи клавиш на передней панели однофотонного приёмного
модуля ID 201 выбираем внутренний источник сигнала запуска (Trigger-
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
84
>Sourse->Internal) и устанавливаем частоту его работы равной 100 кГц
(Trigger->Rate->100 kHz). Таким образом, на ОЛФД будут подаваться сиг-
налы стробирования с частотой следования следования100 кГц.
Устанавливаем вероятность детектирования равной 10% (Detect-
>DetectProb->10%) и длительность импульса стробирования 100 нс (Detect-
>Width->100 ns). Задержку импульса стробирования выбираем равной
10 нс (Trigger->Delay->10 ns).
На генераторе устанавливаем длительность импульса равной 5 мкс,
что соответствует частоте 100 кГц. Устанавливаем режим TRIGRD. При
этом на осциллографе отображаются сигналы с однофотонного приёмного
модуля (NIM) и с генератора (TTL). Изменяя задержку сигнала на генераторе импульсов, совмещаем фронты сигналов на осциллографе.
4.5. Методика проведения измерений
Для измерения проведения измерений собрать установку, показан-
ную на рис. 4.10.
Исследование влияния смещения на вероятность детектирования
1. Установите частоту внутреннего источника сигнала запуска
ID 201 равной 100 кГц.
2. Установите значение времени нечувствительности равным 10 мкс.
3. Установите вероятность детектирования, определяемую пользо-
вателем (значение USER в списке).
4. Установите значение смещения равным 3500.
5. Убедитесь, что оптический импульс поступает на ОФД в течение
импульса стробирования. Для этого изменяйте значение задержки сигнала от 0 до 25 нс. Таким образом можно подстроить положение импульса
стробирования относительно оптического импульса. Настройте задер жку
таким образом, чтобы на детекторе отображался максимальный уровень
счёта фотонов.
6. Теперь необходимо провести измерения частоты появления тем-
новых импульсов и вероятности детектирования фотонов при различных
значениях напряжения смещения. Увеличивая значение смещения от
4.6. Результаты экспериментов
85
3500 до 4200 с интервалом 50, измерьте количество зарегистрированных
импульсов темнового тока (при отключенном лазерном источнике) и количество зарегистрированных импульсов при детектировании оптического излучения.
Исследование влияния частоты стробирования
на частоту импульсов темнового тока
1. Отключите источник лазерных импульсов ID 300 от однофотон-
ного приёмного модуля ID 201.
2. Установите значение длительности импульса стробирования рав-
ным 100 нс.
3. Для времени нечувствительности установите значение None.
4. Измерьте частоту импульсов темнового тока при различных зна-
чениях частоты внутреннего источника сигнала запуска.
Исследование влияния времени нечувствительности
на величину остаточного импульса
1. Установите частоту внутреннего источника сигнала запуска рав-
ной 1 МГц.
2. Изменяя значения для времени нечувствительности, измерьте ча-
стоту появления темновых импульсов.
4.6. Результаты экспериментов
Занесите в табл. 4.1 результаты измерения количества зарегистрированных темновых импульсов и количества зарегистрированных импульсов
при детектировании светового излучения.
Таблица 4.1
Результаты измерения частоты темновых импульсов
и частоты импульсов при детектировании излучения
при различных уровнях смещения
Значение
смещения
Частота темновых импульсов,
Гц
Частота импульсов при детек-
тировании излучения, Гц
3500
3550
4. Экспериментальные исследования однофотонного приемного модуля ID 201
86
Окончание табл. 4.1
Значение
смещения
Частота темновых импульсов,
Гц
Частота импульсов при детектировании излучения, Гц
3600
… … 4150
4200
Постройте график зависимости частоты темновых импульсов от
смещения и график зависимости частоты импульсов при детектировании
излучения от смещения.
Занесите в табл. 4.2 результаты измерения частоты темновых импульсов для различных значений частоты внутреннего источника сигнала
запуска.
Таблица 4.2
Результаты измерения частоты темнового счёта
при различных значениях частоты следования внутреннего
источника сигнала запуска
Частота следования внутреннего ис-
точника сигнала запуска
Частота темновых импульсов, Гц
1 кГц
10 кГц
100 кГц
1 МГц
Занесите в табл. 4.3 частоту темновых импульсов для каждого из
указанных значений времени нечувствительности.
Таблица 4.3
Зависимость частоты темновых импульсов
от времени нечувствительности
Время нечувствительности, мкс
Частота темновых импульсов, Гц
0
1
2 5 10 20
40
60
4.7. Обсуждение результатов экспериментов
87
Окончание табл. 4.3
Время нечувствительности, мкс
Частота темновых импульсов, Гц
80 100
Постройте график зависимости частоты темновых импульсов от зна-
чений времени нечувствительности.
4.7. Обсуждение результатов экспериментов
Объясните полученные графики зависимости частоты темновых им-
пульсов и частоты импульсов при детектировании излучения от смещения.
Сделайте вывод о влиянии значения смещения на вероятность детектирования фотонов.
Объясните влияние частоты внутреннего источника сигнала запуска
на частоту темновых импульсов. Объясните вклад остаточного импульса в
общее количество темновых импульсов при различных частотах внутреннего источника сигнала запуска.
Объясните полученный график зависимости частоты темновых импульсов от времени нечувствительности.
5. Использование однофотонных устройств для диагностики волоконно-оптической…
88
5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОДНОФОТОННЫХ
УСТРОЙСТВ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ
ЛИНИИ СВЯЗИ
5.1. Принцип однофотонной диагностики
волоконно-оптической линии связи
Волоконно-оптические линии связи, в силу особенностей распро-
странения электромагнитной энергии в оптическом волокне, обладают повышенной скрытностью. Это объясняется тем, что оптическое излучение,
являющее носителем информации, распространяется в оптическом волокне
(ОВ) согласно закону полного внутреннего отражения. За пределами оптического волокна энергия оптического излучения экспоненциально спадает.
Участки, где возможна утечка оптического излучения (приёмопередающая
аппаратура, регенерационные пункты, места соединения волокон), относительно малочисленны и локализованы.
Однако часть излучения, которая выходит из оптического волокна,
также содержит передаваемую информацию. Утечка оптического излучения из сердцевины оптического волокна может использоваться для её несанкционированного съёма информации. Следовательно, несмотря на
сложность и высокие финансовые затраты, возможность несанкционированного съёма информации с ВОЛС принципиально существует.
В ряде случаев (например, для диагностики ВОЛС) требуется осуществить вывод оптического излучения из волокна без нарушения работы
волоконно-оптической системы передачи информации и внесения потерь в
канал связи. Данный процесс представляет техническую сложность, поскольку любое подключение к ВОЛС будет изменять параметры передаваемого сигнала.
Следовательно, актуальной является разработка однофотонных устройств для вывода части энергии передаваемого по ВОЛС оптического излучения. Причём вносимые устройством потери в
5.1. Принцип однофотонной диагностики волоконно-оптической линии связи
89
должны быть минимальными и соизмеримыми с флуктуациями потерь в канале связи.
Система однофотонной диагностики волоконно-оптической линии
связи представляет совокупность устройств, обеспечивающих вывод малой
части оптического излучения, передаваемого по ВОЛС, его последующую
регистрацию и восстановление формы регистрируемого сигнала. Таким образом, система должна состоять из трёх устройств: устройство вывода оптического излучения, устройство регистрации потока фотонов и устройство восстановления формы сигнала.
Структурная схема системы однофотонной диагностики волоконно-
оптической линии связи представлена на рис. 5.1.
Передающий
оптический
модуль
Приёмный
оптический
модуль
Устройство вывода
излучения из ВОЛС
Блок
регистрации
слабых
оптических
сигналов
Блок
восстановле-
ния формы
сигнала
восстановленный
сигнал
Система съёма
информации
Рис. 5.1. Структурная схема системы
однофотонной диагностики ВОЛС
При несанкционированном съёме информации происходит измене-
ние параметров передаваемого оптического сигнала (уровня мощности),
что обнаруживается легальными пользователями. Следовательно, одним из
условий скрытности является минимально возможное изменение мощности оптического сигнала, которое не может быть зарегистрировано специальными приборами.
5. Использование однофотонных устройств для диагностики волоконно-оптической…
90
Анализ известных способов съёма информации с ВОЛС38 показывает, что наибольший интерес представляют те, при которых не происходит повреждения волокна. Только в этом случае несанкционированное подключение не нарушает работу ВОСП.
Пассивный способ съёма является наиболее скрытным, однако обеспечивает низкую чувствительность. Кроме того, пассивный способ технически сложен в реализации, так как предполагает съём информации с протяжённых участков волокна.
При компенсационном способе не происходит изменения мощности
передаваемого оптического сигнала. Однако факт несанкционированного
подключения может быть обнаружен при анализе модового состава оптического излучения.
Активный способ съёма информации предполагает вывод некоторой
части оптического излучения с боковой поверхности волокна и, следовательно, изменение мощности передаваемого сигнала. Однако, если вносимое
при таком способе затухание будет соизмеримо с флуктуациями потерь в канале связи и шумами фотоприёмного устройства легального пользователя,
то съём не будет обнаружен. Для осуществления активного съёма информации может быть использована аппаратура на основе промышленно изготавливаемых волоконно-оптических прищепок-ответвителей, обеспечивающая
вывод меньшей мощности оптического излучения.
38
Гришачёв В. В., Кабашкин В. Н., Фролов А. Д. Анализ каналов утечки информа-
ции в волоконно-оптических линиях связи: нарушение полного внутреннего отражения //
Информационное противодействие угрозам терроризма: Научно-практический журнал.
2005. № 4. С.208–219; Гришачёв В. В., Кабашкин В. Н., Фролов А. Д. Физические принципы
формирования каналов утечки информации в волоконно-оптических линиях связи // Информационное противодействие угрозам терроризма: Научно-практический журнал. 2005.
№ 3. С.74–76; Боос А. В., Шухардин О. Н. Анализ проблем обеспечения безопасности ин-
формации, передаваемой по оптическим каналам связи, и путей их решения // Информационное противодействие угрозам терроризма: Научно-практический журнал. 2005. № 5.
С.172–180; Манько А., Каток В., Задорожний М. Защита информации на волоконно-опти-
ческих линиях связи от несанкционированного доступа (Электронный ресурс). http://rojer.pp.ru/stuff/botva/zaschinfvolopt.doc; Свинцов А. Г. ВОСП и защита информации. // Информационный бюллетень Фотон-Экспресс. № 18. 2000. С. 16–20; Филатенков А. Доказа-
тельства уязвимости ВОЛС // Сети. 2008. № 9. (электронный ресурс).
http://www.osp.ru/nets/2008/09/5300705/index.html; Булавкин И. А. Вопросы информационной безопасности сетей PON. // Технологии и средства связи. №2. 2006. С. 104–108; Ко-
рольков А. В. и др. Проблемы защиты информации, передаваемой по волоконно-оптиче-
ским линиям связи, от несанкционированного доступа. // Информационное общество.
Вып. 1. 1997. С. 74–77
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]