[发明专利]一种激光无线通信系统的通信距离计算方法

说明书

本发明提供了一种激光无线通信系统的通信距离计算方法，包括发送端和接收端；发送端包含多路并行的激光脉冲信号调制器，每路激光脉冲信号调制器分别通过激光器发送单光子，激光器出射对准一偏振合束器，偏振合束器通过激光准直系统发射光信号。本发明能有效实现单光子通信，信息编码在光波的光强和相位上难以被直接读出，却可以使用少量光子数以高可信度恢复光子的偏振信息；可将信号接收装置灵敏度提升到10光子量级从而延长通信距离和增大通信带宽；由于信号编码在飞行光子的偏振自由度，信号传输具有隐蔽性；由于采用激光光子作为通信媒介，相对微波通信抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及一种激光无线通信系统的通信距离计算方法。

背景技术

传统激光通信例如光纤通信具有通信速率极高，节能等优点。然而基于激光的无线通信系统发展不多。随着探测器件对光波的敏感度越来越高，目前已经在可见光、近红外和中红外出现单光子敏感度的探测器。例如基于InCaAs的单光子雪崩探测器SPAD.SPAD刷新频率高，体积小巧，技术成熟，可将单光子级别的信号通过雪崩放大效应读出为电信号。现有技术中，目前光信号通信的技术方案主要集中在光波通信，缺乏针对被探测光波敏感度进入光子数级别，适合使用少光子偏振无线通信方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光无线通信系统的通信距离计算方法，该激光无线通信系统的通信距离计算方法能有效实现单光子通信，信息编码在光波的光强和相位上难以被直接读出，却可以使用少量光子数以高可信度恢复光子的偏振信息。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种激光无线通信系统的通信距离计算方法，该系统包括发送端和接收端；发送端包含多路并行的激光脉冲信号调制器，每路激光脉冲信号调制器分别通过激光器发送单光子，激光器出射对准一偏振合束器，偏振合束器通过激光准直系统发射光信号；接收端由单光子探测器多路并行接入信号存储分析模块构成，单光子探测器数量不少于激光脉冲信号调制器；激光脉冲信号调制器为2～12路，该方法为：

设定通过聚束，准直激光发散角为2θ_t，则距离r处以口径R的光信号接收器接收到的激光功率为：

利用光子数与激光功率的关系：

将激光接收功率公式转化为接收光子数公式：

则可获取该无线偏分复用光子通信系统的通信距离，其中，P_t是激光脉冲功率，T_a是激光的大气投射率，η_t是光学发射系统效率，η_r是接收光学模块效率,N_t是激光接收功率，N_r是接收光子数，Δt是激光脉冲持续时间，λ是激光波长，h是普朗克常量，c是光速。

所述单光子探测器的接收端前级有偏振片。

所述激光器出射端有偏振片，偏振片数量和激光器数量一致且一一对应。

所述激光脉冲信号调制器和单光子探测器均为两路。

所述偏振合束器为光脉冲利用马赫-泽德干涉仪或者保偏2合1光纤合束器。

所述激光器为脉冲激光器。

所述偏振片的偏振方向均不相同。

所述单光子探测器的接收端前级和激光器出射端均分别有偏振片，单光子探测器的接收端前级的偏振片和激光器出射端的偏振片数量一致且成对一一对应，每对偏振片的方向一致。