Исследование амплитудных методов селекции одноэлектронных импульсов в оптических информационных системах, работающих в режиме счета фотонов

• Автор: Хайров, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.13, 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 180 с. : ил

1.1 Оптические цифровые системы связи, работающие в режиме

счета фотонов

1.2 Анализ алгоритмов принятия решений и идентификации

двоичных символов в цифровых оптических информационных системах

1.3 Анализ источников внешних и внутренних шумов

1.4 Анализ физических и статистических свойств оптических полей

Ф 1.5 Исследование особенностей работы фотодетекторов в режиме

счета фотонов

1.5.1 Физическая и математическая модели фотоэмиссионных устройств и диссекторов

1.5.2 Физическая и математическая модели фотоэмиссионных приборов с многоканальной электронной умножительной системой

1.5.3 Физическая и математическая модели микроканальных пластин

1.5.4 Физическая и математическая модели лавинных фотодиодов
1.6 Выбор фотодетекторов для регистрации оптического излучения
методом счета фотонов
1.6.1 Форма одноэлектронного импульса в фотоэмиссионных приборах
1.6.2 Частотные свойства фотоэмиссионных приборов
1.6.3 Счетные характеристики одноэлектронных фотоэмиссионных приборов
1.6.4 Амплитудное распределение одноэлектронных импульсов фотоэмиссионных приборов
1.7 Выявление схемотехнических особенностей построения счетчиков фотонов с амплитудной дискриминацией одноэлектронных импульсов
Выводы
Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГ О АППАРАТА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА РАБОТЫ ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ СЧЕТЧИКОВ С ОДНИМ ПОРОГОМ АМПЛИТУДНОЙ ДИСКРИМИНАЦИИ
2.1 Статистическое моделирование процесса фотодетектнрования
2.1.1 Модель потока фотоэлектронов
2.1.2 Алгоритмы генерации моментов появления фотонов
2.2 Аппроксимация формы одноэлскгронного импульса
2.3 Условная вероятность регистрации п одноэлектронных импульсов
при генерации п фотоэлектронов
2.4 Достоверность результатов регистрации световых полей
2.5 Оценка влияния частотных свойств фотодетектора на условные вероятности регистрации потока фотонов
2.6 Условные вероятности регистрации инерционной фотоприемной аппаратурой одноэлектронных импульсов при генерации п фотоэлектронов
Выводы
Глава 3. РАЗРАБОТКА СТАТИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА РЕГИСТРАЦИИ ПО ТОКА ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ ИМПУЛЬСОВ ФОТОЭЛЕКТРОННЫМИ СЧЕТЧИКАМИ С ОДНИМ ПОРОГОМ АМПЛИТУДНОЙ ДИСКРИМИНАЦИИ
3.1 Моделирование работы фотоэлектронных счетчиков без учета
флуктуаций амплитуд одноэлектронных импульсов
3.2 Учет влияния случайного характера процесса умножения заряда в фотоэмиссионном приборе на точность регистрации потока
одноэлектронных импульсов
3.3 Моделирование флуктуаций формы одноэлектрониых импульсов
3.4 Точность регистрации потока одноэлектронных импульсов при случайном характере процесса умножения заряда в фотоэмиссионном приборе
3.5 Обоснование достоверности моделирования
3.6 Оценка эффективности оптических информационных систем с приемниками НейманаПирсона и методика оценки их характеристик
Выводы
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ СЧЕТЧИКОВ С МНОГОПОРОГОВОЙ АМПЛИТУДНОЙ ДИСКРИМИНАЦИЕЙ ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ ИМПУЛЬСОВ И ИХ СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
4.1 Выбор оптимальных порогов амплитудной дискриминации без учета флуктуаций амплитуд одноэлектронных импульсов
4.2 Оптимизация порогов амплитудной дискриминации с учетом флуктуаций вторичной эмиссии электронов в динодной системе фоюэмиесиопного прибора
4.3 Моделирование работы многопороговых фотоэлектронных счетчиков без учета флуктуаций коэффициента умножения динодной системы фотоомиссионного прибора
4.4 Моделирование работы многопороговых фотоэлектронных счетчиков с учетом флуктуаций амил игу д одноэлектронных импульсов
4.5 Структура и алгоритм работы фотоэлектронного счетчика с многопороговой амплитудновременной селекцией одно электронных импульсов
4.5.1 Предлагаемое техническое решение и описание работы фотоэлектронною счетчика с многопороговой амплитудновременной селекцией одноэлектронных импульсов
4.5.2 Эффективность предлагаемого технического решения
4.6 Оценка эффективности оптических информационных систем с приемниками
НейманаПирсона и методика оценки характеристик приемной аппаратуры с многопороговыми фотоэлектронными счетчиками
Выводы
Глава 5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ, РАБОТАЮЩИХ В РЕЖИМЕ СЧЕТА ФОТОНОВ НА ОСНОВЕ АМПЛИТУДНЫХ МЕТОДОВ СЕЛЕКЦИИ
ОДИОЭЛПКТРОИИЫХ ИМПУЛЬСОВ
5.1 Обнаружение источников полезного когерентного оптического сигнала на фоне медленно флуктуирующего шумового излучения в системах вхождения в связь
5.2 Обнаружение источников сигнала реального генератора на фоне медленно флуктуирующего шумового излучения в системах вхождения в связь
5.3 Обнаружение нскогерентного сигнала на фоне медленно флуктуирующего шумового излучения в системах вхождения в связь
5.4 Эффективность системы связи с кодовоимпульсной амплитудной модуляцией при работе декодирующего устройства по правилу ЗигертаКотельникова
Выводы
Заключение
Список литературы


В этом случае оптимальный приемник представляет устройство, подсчитывающее число ФЭ за длительность информационного символа Т и сравнивающее его с пороговым значением ппор, зависящим как от выбранного критерия оценки эффективности, гак и от средних интенсивностей сигнальных и фоновых ФЭ. Принятие решения о наличии сигнала об идентификации двоичного символа 1 в системе с активной и пассивной паузой осуществляется если подсчитанное количество ФЭ окажется больше этого порога 8, . ФЭ за длительность Т не. А как показано выше, большинство известных регистраторов оптического излучения фотоэлектронных счетчиков имеют сравнительно низкий предел максимального числа регистрируемых ФЭ порядка 0,3 ФЭ за длительность не. В оптических системах связи, для оценки их эффективности, наибольшее распространение получили критерии НейманаПирсона и идеальною наблюдателя ЗигертаКотелышкова. Причем первый из них наиболее удобен в открытых атмосферных, космических системах связи большой дальности, когда неизвестны априорные вероятности посылки сигналов и неизвестны цены ошибок при приеме. А второй может быть использован как в открытых, так и в закрытых световодных ОЛС, когда известны априорные вероятности посылки символов. Существует большое количество работ, посвященных оценке эффективности приемников, работающих но правилам НейманаПирсона и ЗигертаКотельникова, для цифровых оптических систем связи и систем вхождения в связь в условиях действия пуассоновских и тепловых шумов например, 8, , . Однако в них не дается оценка влияние узлов фотоприемной аппаратуры на величину ошибки, возникающую при передаче данных, и предполагается использование идеальных фотоэлектронных счетчиков, способных зарегистрировать все сгенерированные ФЭ под генерированием понимается акт высвобождения ФЭ с поверхности фотокатода ФЭ в результате внешнего фотоэффекта. Если учесть, что вся информация о количестве сгенерированных ФЭ заложена в количестве ОН на выходе ФЭП. ОН за определенный интервал измерения за время наблюдения пространственного элемента разложения, за длительность информационного символа. В связи с этим актуальной и закономерной является задача количественной оценки эффективности оптических информационных систем при передаче данных отдельными фотонами и разработка оптических регистраторов фотоэлектронных счетчиков, позволяющих значительно расширить динамический диапазон в сторону приема более интенсивных излучений без заметных ухудшений характеристик всей приемной аппаратуры оптических телекоммуникационных систем. Предмет, цель и рамки исследовании. Целью работы является развитие теории приема световых сигналов в оптических информационных системах, работающих в режиме счета фотонов, на основе амплитудных методов селекции ОИ и совершенствование технической базы приемных комплексов оптических телекоммуникационных систем. Научным задача исследования. Развитие теории приема световых сигналов в оптических информационных системах, работающих в режиме счета фотонов, на основе амплитудных методов селекции ОИ, разработка и научное обоснование модели многопорогового фотоэлектронного счетчика, разработка алгоритмов и программных средств как элементов обработки потока ОИ, совершенствование технической базы приемных комплексов телекоммуникационных систем за счет разработки фотоэлектронных счетчиков с амплитудными методами селекции ОИ и методик расчета их характеристик. Предметами исследования являются оптические телекоммуникационные системы, работающие в режиме счета фотонов алгоритмы и программные средства как элементы обработки потока ОИ с выхода фотодетектора, позволяющие оценивать их эффективность технические решения и статистические модели фотоэлектронных счетчиков с амплитудными методами селекции ОИ условные вероятности регистрации оптических сигналов. Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов математической статистики, теории вероятностей, теории оптимального обнаружения и приема оптических сигналов. Экспериментальная часть работы основана на численных методах машинного моделирования и вычислительного эксперимента с использованием языка высокого уровня программирования. При моделировании флуктуаций амплитуд ОИ применялся метод генерации случайных чисел, распределенных по закону Пуассона, предложенный Каном .