空間量子通信單光子捕獲和偏振補(bǔ)償研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的微波通信相比，空間量子通信的優(yōu)勢(shì)顯著，其終端輕、占用的空間小、保密性好、傳輸信息量大、功耗較低。然而，其信息傳遞需要經(jīng)過(guò)大氣湍流，通信質(zhì)量不可避免的受一定程度影響。需要分析其影響，進(jìn)而對(duì)其補(bǔ)償。
　　現(xiàn)階段的空間量子通信研究多為地面站間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)，低軌衛(wèi)星和地面站之間的量子密鑰分配尚處在可行性分析層面。要實(shí)現(xiàn)全球化的空間量子通信，還需要利用衛(wèi)星做為中繼來(lái)進(jìn)行通信。復(fù)雜的大氣環(huán)境和衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的多變使得偏振基準(zhǔn)

2、變化，為單光子探測(cè)造成困難。單光子從發(fā)射端發(fā)出后，如何保證其順利通過(guò)大氣湍流到達(dá)接收端并被捕獲是空間量子通信所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　針對(duì)以上兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，本文首先根據(jù)廣義惠更斯菲涅爾原理，采用Rytov微擾近似法來(lái)計(jì)算各向同性、局部均勻的湍流介質(zhì)影響下基模、TEM01模厄米高斯、TEM01拉蓋爾高斯光束軸向單光子捕獲概率密度。分析湍流強(qiáng)度、發(fā)射終端孔徑、光源波長(zhǎng)對(duì)光子捕獲概率的影響，通過(guò)推導(dǎo)計(jì)算求出了軸向光子捕獲概率的分布情況。

3、此后，從廣義惠更斯-菲涅耳原理出發(fā)、空域上運(yùn)用修正von Karman湍流密度譜、時(shí)域上采用von Karman譜分析了在大氣湍流中傳播的基于高斯光束的單光子捕獲概率分布情況，以及其長(zhǎng)期光束擴(kuò)展的規(guī)律。給出了上下行鏈路中不同鏈路距離的單光子捕獲概率數(shù)值。偏振補(bǔ)償方面，本文建立相應(yīng)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)偏差的補(bǔ)償；進(jìn)行空間偏振跟蹤補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)偏差補(bǔ)償。本文中所建立的大氣湍流影響下的單光子捕獲理論模型以及偏振補(bǔ)償方案對(duì)空間量子通信有一定