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基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

闫夏超 朱江 张蜡宝 邢强林 陈亚军 朱宏权 李舰艇 康琳 陈健 吴培亨

基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

闫夏超, 朱江, 张蜡宝, 邢强林, 陈亚军, 朱宏权, 李舰艇, 康琳, 陈健, 吴培亨
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  • 高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10-1到10-7量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10-4量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.
      通信作者: 张蜡宝, lzhang@nju.edu.cn
    • 基金项目: 国家重点研发计划(批准号:2017YFA0304002)和国家自然科学基金(批准号:11227904,61471189)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-09
  • 修回日期:  2017-06-05
  • 刊出日期:  2017-10-05

基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

  • 1. 南京大学超导电子学研究所, 南京 210093;
  • 2. 北京跟踪与通信技术研究所, 北京 100094
  • 通信作者: 张蜡宝, lzhang@nju.edu.cn
    基金项目: 

    国家重点研发计划(批准号:2017YFA0304002)和国家自然科学基金(批准号:11227904,61471189)资助的课题.

摘要: 高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10-1到10-7量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10-4量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.

English Abstract

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