Device for Binary Data Transmitting and Receiving Over a Fiberoptic Communication Channel

Abstract

When transferring data over optical fiber communication channels, it is required to provide data security and the authenticity of their source. To limit the access to the data for a third party, there can be applied quantum-cryptographical systems which are supposed to transfer every data bit by means of low power optical signals containing radiation photons the number of which could be in the range from 10 to 1, however, are far from being perfect and suffer from shortcomings, the main of which being a large number of errors due to the depolarization effect of optical radiation. The aim of this work was, therefore, to create device for sending and receiving confidential data which could provide complete security of transferred data, inherent to quantum-cryptographical communication systems at the same time could have a low number of such errors.A device for quantum-cryptographic communication system with a photon counter applied as a receiving module has been proposed. The possibility to use silicon avalanche photodetectors operating in the photon counting mode for confidential information transmission systems and defining authenticity of the source of transmitted information has been shown.I develop modern optical fiber communication system incorporating avalanche photodetector photon counter as a receiving module, that allow to detect unauthorized access to information and violation of its integrity and speed up the exchange of information in comparison with well-known quantum-cryptographical communication systems.

The influence of the time of single photon transmission of information on the reliability of its reception in a quantum cryptographic communication channel

“…В начале получим выражение для оценки достоверности принятых данных. Дальнейшие рассуждения будут основаны на том, что канал связи построен на базе приемо-передающего оборудования [4], в котором данные передаются двоичными символами («0» и «1») в течение длительности времени t b . Для передачи символов «0» и «1» используются оптические сигналы мощностью W 1 и W 2 соответственно (W 1 < W 2 ), содержащие не более десяти фотонов на каждый бит (символ).…”

“…Следовательно, в течение времени t з = t b /2 данные в канал связи не передаются, т. е. между каждой парой символов находится так называемый «защитный» временной интервал. Поскольку символы «0» и «1» передаются импульсами различной мощности, то на выходе счетчика фотонов за время Dt формируется различное количество электрических импульсов, которое будет прямо пропорционально мощности оптического излучения [4]. Всеми потерями информации, за исключением потерь в счетчике фотонов, пренебрегаем.…”

“…Нижний и верхний пороговые уровни регистрации -это соответственно наименьшее и наибольшее число зарегистрированных на выходе счетчика фотонов импульсов, при котором делается вывод, что передан символ «0». При превышении зарегистрированных импульсов числа N 2 делается вывод, что передан символ «1», а при регистрации импульсов в количестве, меньшем, чем N 1 , принимается решение, что символ отсутствует [4,6].…”

“…При построении зависимостей D(Dt) средние скорости счета сигнальных импульсов n s0 и n s1 и диапазоны значений Dt выбирались по методике, описанной в работе [6], с учетом того, что t d не может превышать Dt, которое, в свою очередь, должно быть меньше средней длительности передачи одного бита (символа) t b на величину защитного временного интервала. В противном случае использование счетчиков фотонов для регистрации данных становится невозможным [4,6].…”

“…Обусловлено это тем, что в таких системах передача информации выполняется маломощными оптическими импульсами со средним числом фотонов не более десяти на каждый передаваемый бит (или символ). Счетчики фотонов характеризуются достаточно высокой чувствительностью [3][4][5], что позволяет с высокой достоверностью регистрировать предельно слабое оптическое излучение.…”