ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ КВАНТОВОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

Impact of registered optical radiation intensity, overvoltage, dimensions of photosensitive surface, structure of p-n junction and avalanche photodetectors dead time operating in the photon counting mode on quantum optical system capacity has been carried out in this investigation. As a result, the quantum optical system maximum capacity of 81 kbit/s has been obtained.Выполнено исследование влияния интенсивности регистрируемого оптического излучения, величины перенапряжения, размеров фоточувствительной поверхности, структуры p-n-перехода и мертвого времени лавинных фотоприемников, работающих в режиме счета фотонов, на пропускную способность квантовой оптической системы связи. Получена максимальная пропускная способность квантовой оптической системы связи – 81 кбит/с

ОБНАРУЖЕНИЕ НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ КВАНТОВОГО КАНАЛА СВЯЗИ

A mathematical model of the quantum communication channel has been built that contains a photon counter as a receiving unit and allows to take into account how the quantum efficiency of detection, probability of dark pulses formation of the legitimate user receiver module, probability of optical radiation loss due to its unauthorized output from the optical fiber affect the throughput of a quantum communication channel.Построена математическая модель квантового канала связи, содержащего в качестве приемного модуля счетчик фотонов, позволяющая учесть влияние квантовой эффективности регистрации, вероятности образования темновых импульсов приемного модуля легитимного пользователя, вероятности потери оптического излучения из-за его несанкционированного вывода из оптического волокна на пропускную способность квантового канала связи

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОДНОКВАНТОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМ ЛИНИЯМ СВЯЗИ

The system for transmission and reception of confidential information over fiber-optic communication line on the basis of created single-quantum registration system of optical radiation has 43 been suggested. With regard to such a communication system two types of optical wavelengths have been experimentally justified. One type of optical wavelength is used for information transfer and the second one for time synchronization of information transmission and reception, as well as for detection of unauthorized access to information, created with optical fiber macrobends. Optimal values of optical power, which allowed to provide the highest confidential information data rate and detect more effectively possible data loss channels have been established.На основе созданной системы одноквантовой регистрации оптического излучения предложена система передачи и приема конфиденциальных данных по волоконно-оптической линии связи. Применительно к такой системе связи экспериментально обоснован выбор двух длин волн излучения, одна из которых используется для передачи информации, а вторая - для синхронизации времени передачи и приема информации и обнаружения несанкционированного доступа к информации, создаваемого посредством макроизгибов оптического волокна. Установлены оптимальные значения мощностей оптического излучения, при которых удалось обеспечить наиболее высокую скорость передачи конфиденциальной информации и, вместе с тем, наиболее эффективно обнаруживать возможные каналы утечки этой информаци

Характеристики германиевых лавинных фотодиодов в режиме счета фотонов

A study was made of the characteristics of photodetectors for fiber-optic communication lines using quantum cryptographic systems – germanium avalanche photodiodes operating in the photon counting mode. In particular, it was established at what highest temperature the implementation of the photon counting mode is possible, and the influence of temperature and overvoltage on the sensitivity of photodiodes is also considered. An experimental setup has been developed for the research. It has been determined that the highest ambient temperature at which LFD-2 germanium avalanche photodiodes operate in the photon counting mode is 243 K. It has also been found that the highest sensitivity of germanium avalanche photodiodes corresponds to the optical radiation wavelength range of 1310÷1490 nm. Lowering the temperature leads to an increase in the sensitivity of germanium avalanche photodiodes. It was found that the dependence of the signal-to-noise ratio on overvoltage has a maximum corresponding to overvoltage ΔU = 0.1 V. Lowering the temperature led to an increase in sensitivity and signal-to-noise ratio. Since there was no shift in the maximum dependence of the signal-to-noise ratio on the overvoltage, it was therefore concluded that when the avalanche photodiode operates in the photon counting mode, in order to ensure maximum sensitivity, it is necessary to select the overvoltage corresponding to the maximum signal-to-noise ratio. The results obtained can be used in quantum cryptographic systems, technical means of protecting information transmitted over fiber-optic communication lines, and for the metrology of single-photon radiation sources.Проведено исследование характеристик германиевых лавинных фотодиодов, работающих в режиме счета фотонов в фотоприемных устройствах волоконно-оптических линий связи, используемых в квантовых криптографических системах. В частности, установлено, при какой наибольшей температуре возможна реализация режима счета фотонов, также рассмотрено влияние температуры и перенапряжения на чувствительность фотодиодов. Для проведения исследований разработана экспериментальная установка. Определено, что наибольшая температура окружающей среды, при которой германиевые лавинные фотодиоды ЛФД-2 работают в режиме счета фотонов, составляет 243 К. Установлено, что наибольшая чувствительность этих фотодиодов соответствует диапазону длин волн оптического излучения 1310÷1490 нм. Понижение температуры приводит к увеличению чувствительности фотодиодов. Показано, что зависимость отношения сигнал/шум от перенапряжения имеет максимум, соответствующий перенапряжению ΔU = 0,1 В. Понижение температуры приводило к увеличению чувствительности и отношения сигнал/шум. Также установлено, что при работе лавинного фотодиода в режиме счета фотонов для обеспечения максимальной чувствительности необходимо выбирать перенапряжение, соответствующее максимуму отношения сигнал/шум. Полученные результаты могут быть использованы в квантовых криптографических системах, технических средствах защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи, и для метрологии однофотонных источников излучени

Обнаружение канала утечки информации из многомодового оптического волокна при помощи кремниевого фотоумножителя

 Currently, fiber-optic communication lines are widely used for data transmission. Despite the fact that the information signal propagates inside the optical fiber, covered with a protective shell, there are various ways to form information leakage channels from such fibers. The power control of the information signals transmitted over an optical fiber is one of the most common ways to detect an information leakage channel. This paper determines the parameters of a fiber-optic communication line based on multimode optical fibers for which silicon photomultipliers to detect information leakage channels can be used. The dependences of the branched power on the fiber bending diameter are presented. It has been found that the bending diameter increase leads to the branched power decrease and a decrease in the ability of the photodetector to detect power loss in the optical fiber. The value of the branched power of optical radiation with a wavelength of 850 nm is greater than for 650 nm for all studied bending diameters. It has been established that an increase in the optical radiation power introduced into the fiber to 10 mW makes it possible to detect power loss up to –0.005 dB for an optical radiation wavelength of 850 nm, and –0.142 dB for a wavelength of 650 nm. The results of this article can be used in systems for protecting information transmitted over fiber-optic communication lines.В настоящее время для передачи данных широко используют волоконно-оптические линии связи. Несмотря на то, что информационный сигнал распространяется внутри оптического волокна, покрытого защитной оболочкой, существуют различные методы формирования каналов утечки информации из таких волокон. Одним из наиболее распространенных способов обнаружения канала утечки информации является контроль мощности информационных сигналов, транслируемых по оптическому волокну. В данной работе определены параметры волоконно-оптической линии связи на основе многомодовых оптических волокон, для которых можно использовать кремниевые фотоумножители для обнаружения каналов утечки информации. Представлены зависимости ответвляемой мощности от диаметра изгиба волокна. Получено, что увеличение диаметра изгиба приводит к уменьшению ответвляемой мощности и снижению способности обнаружения фотоприемником потери мощности на оптоволокне. Величина ответвляемой мощности оптического излучения с длиной волны 850 нм больше, чем для 650 нм при всех исследуемых диаметрах изгиба. Установлено, что увеличение вводимой в волокно мощности оптического излучения до 10 мВт позволяет обеспечить обнаружение потери мощности до –0,005 дБ для длины волны оптического излучения 850 нм и –0,142 дБ для длины волны 650 нм. Результаты этой статьи могут найти применение в системах защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи

INVESTIGATION OF ASYNCHRONOUS OPTICAL COMMUNICATION CHANNEL THROUGHPUT CONTAINING A RECEIVER ON THE BASIS OF PHOTON COUNTER

A mathematical model of asynchronous optical communication channel with a photon counter applied as a receiving module has been built. The expression for calculating of data throughput of this channel has been obtained. As a result of implemented experimental investigations it has been established that the data throughput of asynchronous optical communication channel containing a photon counter on the basis of avalanche photodetector as a receiving module depends on optical radiation and photodetector supply voltage

Influence of afterpulses on signal-to-noise of photodetectors, operating in the photons counting mode

Предложена математическая модель образования послеимпульсов в фотоприемниках, работающих в режиме счета фотонов, учитывающая послеимпульсы всех поколений. Получено выражение для определения дисперсии числа фотоотсчетов с учетом вероятности образования послеимпульсов. Выполнена оценка влияния вероятности образования послеимпульсов на отношение сигнал/шум