基于超导纳米线光子数分辨四象限探测器的千兆比特深空激光通信接收机原型
仪器与探测器
2022-12-12 v1 天体物理仪器与方法
应用物理
光学
摘要
深空探测要求从极遥远的目标快速传输海量数据。激光通信是一项极具前景的技术，由于光本质上具有极窄的发散角，其数据速率可比传统微波通信快一个数量级。本研究展示了一款光子灵敏接收机原型，其数据速率超过千兆比特，具有强背景光子噪声免疫能力，并具备同步跟踪能力。这些优势源自联合优化的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）阵列，该阵列设计为四象限结构，每个象限可分辨六个光子。系统安装于自由空间耦合的低振动低温恒温器中，系统探测效率达72.7%，探测器效率为97.5%，总光子计数率为1.6 Gcps。此外，针对脉冲位置调制（PPM）格式测试了通信性能。引入了一系列信号处理方法来最大化前向纠错（FEC）码的性能。因此，与已有报道结果（月球激光通信演示在622 Mbps下为3.18光子/比特）相比，该接收机数据速率更快，灵敏度约提升一倍（800 Mbps下为1.76光子/比特，1.2 Gbps下为3.40光子/比特）。进而，针对深空场景中白天工作和暗信标光精确跟踪的挑战，演示了在强背景噪声下的通信及同步跟踪能力。
引用
@article{arxiv.2212.04927,
title = {A superconducting nanowire photon number resolving four-quadrant detector-based Gigabit deep-space laser communication receiver prototype},
author = {Hao Hao and Qing-Yuan Zhao and Yang-Hui Huang and Jie Deng and Hui Wang and Jia-Wei Guo and Shi Chen and Sai-Ying Ru and Zhen Liu and Yi-Jin Zhou and Shun-Hua Wang and Chao Wan and Hao Liu and Zhi-Jian Li and Hua-bing Wang and Xue-Cou Tu and La-Bao Zhang and Xiao-Qing Jia and Jian Chen and Lin Kang and Pei-Heng Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2212.04927},
year = {2022}
}