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光子计数用于光学时域反射测量的研究

作　者: 臧鹏程
导　师: 肖连团；贾锁堂
学　校: 山西大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 光学时域反射单光子信噪比光子计数量子效率
分类号: O413
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

基于单光子探测的量子保密通信从物理原理上保证其是一种不可破译、不被窃取的绝对安全的保密通讯途径。在量子不可克隆原理、单光子不可再分原理及量子测不准原理保证下实现传输过程绝对保密安全并甄别偷听。量子保密通信在国防建设、银行业务、电子商务、日常通信等方面具有广阔的应用前景。量子保密通讯使用量子系统的最小单元—单光子作为信息载体,其安全性植根于量子物理的基本特性。研究单光子光时域反射测量对于分析量子保密通信中的单光子传输误码率以及识别窃听具有重要研究意义。本文首先介绍了光时域反射测量的原理、参数以及光时域反射测量仪对光纤信号的测量,然后给出单光子探测的基本特性与工作原理,实验研究了基于单光子探测的光子计数光学时域测量以及单光子事件调制用于光学时域反射测量。本论文的主要研究工作包括以下：1、利用光学脉冲OTDR测试仪对光纤在接法拉第反射镜和不接法拉第反射镜的情况下以及在不同的脉冲宽度下测试,研究所产生的信号脉冲的起伏变化的差别,分析说明光学脉冲宽度的变化和传输损耗精确度的对应关系。2、研究光子计数调制技术用于消除光学时域反射测量中量子起伏的影响,研究表明将光子计数调制技术应用于单光子光时域反射测量系统可有效消除量子起伏的影响,测量结果的信噪改善比达到28.3dB。3、利用单光子事件调制技术对光纤进行光学时域反射测量,发现基于Poisson背景噪声的频谱呈现白噪声特性,消除了通常电子测量过程的低频噪声的影响,采用调制解调的方法可以改善单光子探测的量子效率,提高1.87倍。

全文目录

中文摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章光学时域反射OTDR的研究进展  11-19
  1.1 OTDR工作原理  11-12
  1.2 OTDR的性能参数  12-16
    1.2.1 盲区  12-14
    1.2.2 动态范围  14-15
    1.2.3 采样分辨率  15-16
  1.3 单光子探测OTDR  16-17
  1.4 OTDR的发展趋势  17-19
第二章单光子探测和性能  19-29
  2.1 单光子探测器的特性  19-22
    2.1.1 光谱范围  19
    2.1.2 死时间  19
    2.1.3 探测效率  19-20
    2.1.4 时间抖动  20-21
    2.1.5 光子数的分辨能力  21-22
    2.1.6 单光子探测器的品质因素  22
  2.2 光源校准的方法  22-24
    2.2.1 用连续光源的测量  23
    2.2.2 用脉冲光源的测量  23-24
    2.2.3 光子关联方法  24
  2.3 单光子探测器的类型  24-29
    2.3.1 光电倍增管  24-25
    2.3.2 单光子雪崩二极管  25-26
    2.3.3 实验使用的单光子探测器  26-29
第三章高信噪比的光子计数调制光学时域测量  29-39
  3.1 利用光学脉冲测量OTDR  29-33
    3.1.1 实验步骤  29-32
    3.1.2 实验结果  32-33
  3.2 光子计数的OTDR测量  33-38
    3.2.1 量子起伏与信噪比  33
    3.2.2 用于光子计数调制技术的理论分析  33-34
    3.2.3 实验装置  34-35
    3.2.4 实验结果与讨论  35-38
  3.3 结论  38-39
第四章单光子事件调制用于提高单光子探测效率的研究  39-45
  4.1 实验装置及测量  39-41
  4.2 测量结果及分析  41-45
总结与展望  45-46
参考文献  46-50
攻读学位期间取得的研究成果  50-51
致谢  51-52
个人简况  52-54

光子计数用于光学时域反射测量的研究

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