informИнформатикаInformatics1816-03012617-6963UIIP NASB10.37661/1816-0301-2021-18-2-72-82inform-1144Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИINFORMATION TECHNOLOGYОценка влияния интенсивности оптического сигнала на вероятность ошибочной регистрации данных в однофотонном канале связиAssessment of the influence of intensity of optical signal on the probability of erroneous data registration in a single-photon communication channelТимофеевА. М.TimofeevA. M.

Тимофеев Александр Михайлович - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры защиты информации.

ул. П. Бровки, 6, Минск, 220013.

Alexander M. Timofeev - Cand. Sci. (Eng.), Assosiate Professor, Associate Professor of the Department of Information Security, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics.

st. Brovki, 6, Minsk, 220013.

tamvks@mail.ruБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2021070620211827282Copyright © Тимофеев А.М., 20212021Тимофеев А.М.Timofeev A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inf.grid.by/jour/article/view/1144

При измерении маломощных оптических сигналов в однофотонных каналах связи приемные модули должны обеспечивать минимальную вероятность ошибочной регистрации данных. В этой связи целесообразно использовать счетчики фотонов, которые являются высокочувствительными, однако харастеризуются наличием ошибок при регистрации данных. Поэтому цель работы - оценка влияния интенсивности оптического сигнала на вероятность ошибочной регистрации данных в однофотонном канале связи с приемным модулем на основе счетчика фотонов.

По результатам экспериментальных исследований получены зависимости вероятности ошибочной регистрации двоичных символов «0» Pош 0 от интенсивности оптического сигнала J0 , используемого для передачи этих символов при различных напряжениях питания лавинного фотоприемника Uпит. Установлено, что с увеличением интенсивности оптического сигнала зависимости Pош 0 (J0) сначала спадают, достигая своего наименьшего значения, а затем растут. Выполненная оценка показала, что наименьшая вероятность ошибочной регистрации двоичных символов «0» для исследованного канала связи равна 17,56 • 10-2 и соответствует J0 = 52,41 • 10-2 отн. ед. и Uпит = 52,54 В.

When measuring low-power optical signals in single-photon communication channels, the receiving modules must ensure the minimum probability of erroneous data recording. In this regard, it is advisable to use photon counters. They are highly sensitive, but are characterized by data recording errors. The aim of the work was to determine the effect of intensity of optical signal on the probability of erroneous data recording in a single-photon communication channel with a receiving module based on a photon counter.

Based on the results of experimental studies, the dependences of the probability of erroneous registration of binary symbols «0» Perr 0 on the intensity of the optical signal J0 , used to transmit these symbols for various supply voltages of the avalanche photodetector U, were obtained. It was found that with an increase of intensity of the optical signal, the dependences Perr 0(J0) first decrease, reaching their lowest value, and then increase. The performed assessment showed that the lowest probability of erroneous registration the binary symbols «0» for the investigated communication channel is equal to 17,56 • 10-2 and corresponds to J0 = 52,41 • 10-2 rel. units and U = 52,54 V.

канал связиоднофотонная передача информациивероятность ошибочной регистрации данныхсчетчик фотоновмертвое времяcommunication channelsingle photon information transferprobability of erroneous data registrationphoton counterdead timeReferencesКилин, С. Я. Квантовая криптография: идеи и практика / С. Я. Килин ; под ред. С. Я. Килина, Д. Б. Хорошко, А. П. Низовцева. - Минск : Белорус. наука, 2007. - 391 с.Kilin S.Ya. Quantum cryptography: ideas and practices. Kvantovaya kriptografiya: idei i praktika. – Minsk: Belarus. Sci, 2007, 391 p. (in Russian).Гулаков, И. Р. Фотоприемники квантовых систем : монография / И. Р. Гулаков, А. О. Зеневич. -Минск : Высший гос. колледж связи, 2012. - 276 с.Gulakov I.R., Zenevich A.O. Photodetectors of quantum systems: monograph. Fotopriemniki kvantovyih sistem: monografiya. – Minsk: EI HSCC, 2012, 276 p. (in Russian).Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APDs / D. Stucki [et al.] // J. of Modern Optics. - 2007. - Vol. 48, no. 13. - P. 1967-1981.Stucki D., Ribordy G., Stefanov A., Zbinden H., Rarity J., Wall T. Photon counting for quantum key distribution with Peltier cooled InGaAs/InP APDs. Journal of Modern Optics, 2007, vol. 48, № 13, pp. 1967–1981.Тимофеев, А. М. Методика повышения достоверности принятых данных счетчика фотонов на основе анализа скорости счета импульсов при передаче двоичных символов «0» / А. М. Тимофеев // Приборы и методы измерений. - 2019. - Т. 10, № 1. - С. 80-89.Timofeev A. M. Metodika povyisheniya dostovernosti prinyatyih dannyih schetchika fotonov na osnove analiza skorosti scheta impulsov pri peredache dvoichnyih simvolov «0» [Methods of increasing the reliability of the received data of the photon counter based on the analysis of the pulse counting rate during the transmission of binary symbols «0»]. Pribory i metodyi izmereniy [Devices and Methods of Measurements], 2019, vol. 10, no. 1, pp. 80–89 (in Russian).Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution / I.E. Zadeh [et al.] // APL Photonics. - 2017. - Vol. 2. - P. 111301-1-111301-7.Zadeh I.E., Los J.W., Gourgues R.B., Steinmetz V., Bulgarini G., Dobrovolskiy S.M., Zwiller V., Dorenbos S.N. Single-photon detectors combining high efficiency, high detection rates, and ultra-high timing resolution. APL Photonics, 2017, vol. 2, pp. 111301-1– 111301-7.Дмитриев, С. А. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы / С. А. Дмитриев, Н. Н. Слепов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ООО «Волоконно-оптическая техника», 2005. - 576 с.Dmitriev S.A. Fiber-optic technology: current status and prospects. Volokonno-opticheskaya tehnika: sovremennoe sostoyanie i perspektivyi. – Moscow: LLC «Fib. Opt. Tech.», 2005, 576 p. (in Russian).Щеглов, А. Ю. Анализ и проектирование защиты информационных систем. Контроль доступа к компьютерным ресурсам: методы, модели, технические решения / А. Ю. Щеглов. - СПб. : Проф. литература, 2017. - 416 с.Scheglov A.Yu. Analysis and design of information systems protection. Control of access to computer resources: methods, models, technical solutions. Analiz i proektirovanie zaschityi informatsionnyih sistem. Kontrol dostupa k kompyuternyim resursam: metodyi, modeli, tehnicheskie resheniya. – St. Petersburg: Professional literature, 2017, 416 p. (in Russian).Тимофеев, А. М. Оценка влияния продлевающегося мертвого времени счетчика фотонов на вероятность ошибочной регистрации данных квантово-криптографических каналов связи / А. М. Тимофеев // Вестник связи. - 2018. - № 1(147). - С. 56-62.Timofeev A.M. Otsenka vliyaniya prodlevayuschegosya mertvogo vremeni schetchika fotonov na veroyatnost oshibochnoy registratsii dannyih kvantovo-kriptograficheskih kanalov svyazi [Estimation of the photons counter lasting dead time influence on the probability of erroneous data registration of quantum-cryptographic communication channels]. Vestnik svyazi [Communication bulletin], 2018, № 1(147), pp. 56–62 (in Russian).Тимофеев, А. М. Влияние времени однофотонной передачи информации на вероятность ошибочной регистрации данных асинхронных квантово-криптографических каналов связи / А. М. Тимофеев // Вестник ТГТУ. - 2019. - Т. 25, № 1. - С. 36-46.Timofeev A. M. Vliyanie vremeni odnofotonnoy peredachi informatsii na veroyatnost oshibochnoy registratsii dannyih asinhronnyih kvantovo-kriptograficheskih kanalov svyazi [The effect of single photon transmission time on the probability of erroneous registration of asynchronous data of quantum cryptographic communication channels]. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Transactions of the Tambov State Technical University], 2019, vol. 25, no. 1, pp. 36–46 (in Russian).Клюев, Л. Л. Теория электрической связи / Л. Л. Клюев. - Минск : Техноперспектива, 2008. - 423 с.Klyuev L.L. The theory of electrical communication. Teoriya elektricheskoy svyazi: uchebnik. – Minsk: Techn.Perspect., 2008, 423 p. (in Russian).Тимофеев, А. М. Методика снижения потерь информации в асинхронном двоичном однофотонном канале связи с приемником на основе счетчика фотонов / А. М. Тимофеев // Приборы и методы измерений. - 2020. - Т. 11, № 1. - С. 70-81.Timofeev A. M. Metodika snizheniya poter informatsii v asinhronnom dvoichnom odnofotonnom kanale svyazi s priemnikom na osnove schetchika fotonov [Method of achieving the least loss of information in an asynchronous binary single-photon communication channel with a receiver based on a photon counter]. Pribory i metodyi izmereniy [Devices and Methods of Measurements], 2020, vol. 11, no. 1, pp. 70–81 (in Russian).Гулаков, И. Р. Метод счета фотонов в оптико-физических измерениях / И. Р. Гулаков, С. В. Холондырев. - Минск : Университетское, 1989. - 256 с.Gulakov I.R., Kholondyrev S.V. Photon counting method in optical-physical measurements. Metod scheta fotonov v optiko-fizicheskih izmereniyah. – Minsk: Univ., 1989, 256 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.