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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/244| Comunicaciones cuánticas con aplicaciones satelitales Quantum communications with satellites applications | |
| Josué Aarón López Leyva | |
| ARTURO ARVIZU MONDRAGON Francisco Javier Mendieta Jiménez | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Amplificadores | |
| En este trabajo se realiza el estudio teórico-experimental de los sistemas de comunicaciones ópticas cuánticas con aplicaciones satelitales. Se describe en primer lugar la teoría pertinente a dichos sistemas cuánticos y en base, a los requerimientos y características de este tipo de sistemas, se propone y se diseña un esquema de comunicación óptica cuántica para enlaces en espacio libre empleando estados ópticos coherentes fuertemente atenuados modulados en fase. Este sistema fue implementado utilizando dispositivos ópticos en espacio libre. Por conveniencia, se emplea un esquema auto-homodino que consta de un láser operando a 1550 nm, del cual se obtiene la señal de datos y el oscilador local. La señal de datos es modulada en fase y atenuada fuertemente para simular las pérdidas presentes en un enlace en espacio libre a largas distancias, logrando potencias ópticas equivalentes a 0.25 (12x10-15 watts) y 5 fotones (200x10-15 watts) por pulso con una velocidad de transmisión de 350 KHz. El esquema de recepción hace uso de los estados de polarización de la señal de datos y el oscilador local, lineal a 45 grados y circular, respectivamente, para permitir la medición simultánea de los componentes en cuadratura del campo óptico, también conocido como híbrido óptico de 90 grados. Además, se diseñó e implementó una estructura de sincronización de fase por medio de un lazo de Costas, la cual fue optimizada considerando el ruido de amplitud y de fase. Usando la estructura de sincronización de fase optimizada, se obtuvieron los parámetros de desempeño del sistema completo, los cuales estuvieron en buen acuerdo con el análisis teórico para bajo número de fotones. Además, se implementó un esquema semejante al mencionado, solo que ahora usando un hibrido óptico de 90 grados fibrado y dos fuentes láseres independientes con un ancho de línea angosto (<5KHz). Se realizó la caracterización de los sistemas propuestos en laboratorio en espacio libre y en condiciones reales en un enlace comercial de fibra óptica entre las ciudades de Rosarito y Tijuana, B.C. en México. Los espectros en frecuencia obtenidos para bajo número de fotones por bit son reconocibles pero están a una frecuencia diferente de cero por lo cual se requiere realizar procesamiento posterior basado en el uso de un lazo de Costas electrónico operando en frecuencia intermedia o mediante la implementación de un PLL intradino en el dominio del procesamiento digital de señales. Esto último se propone como una de las líneas a continuar en un trabajo a futuro. In this thesis we have made the theoretical and experimental study of quantum optical communications systems with satellite applications. Firstly we describe the relevant theory for the quantum communications systems and based on the requirements and characteristics of this type of systems, we proposed and designed a scheme for quantum optical communication links using the free-space as communication channel combined with coherent optical states strongly attenuated and phase modulated. This system was implemented with the use of free-space optical devices. For convenience, we have implemented a self-homodyne scheme consisting of a laser operating at 1550 nm, which is obtained from the data signal and the local oscillator. The data signal is phase modulated and strongly attenuated to simulate losses present in a free space link over long distances. In this way we got to optical powers equivalent to 0.25 (12x10-15 Watts) and 5 photons (200x10-15 Watts) by pulse at a transmission rate of 350 KHz. Our reception scheme makes use of the polarization states of the data signal and the local oscillator (45 degrees linear, circular, respectively) in order to allow the simultaneous measurement of the quadrature components of the optical field (also known as optical hybrid 90 degrees). Furthermore, we have designed and implemented a phase synchronization structure using a Costas loop, which was optimized taking into account both the noises of amplitude and of phase. Using this structure of phase synchronization we have characterized the full system performance with such optimized parameters and we got results that are in good agreement with the theoretical analysis for a low number of photons. In addition, we implemented a similar scheme to the aforementioned, but now we have used a 90 degree optical hybrid fibered and two independent laser sources with narrow linewidth (<5 KHz). We made the characterization of the systems proposed both in the laboratory (in free space) and in real conditions in a commercial fiber optic link between the cities of Rosarito and Tijuana, BC in Mexico. The frequency spectra obtained for a low number of photons per bit are recognizable but are located at a frequency different from zero. So, in order to recover the baseband data signal a further processing is required based on the use of an electronic Costas loop operating at intermediate frequency or by implementing an intradyne PLL in the domain of digital signal processing. The latter is proposed as one of the lines to continue in future works. | |
| CICESE | |
| 2014 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| López Leyva,J.A.2014. Comunicaciones cuánticas con aplicaciones satelitales. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 104 pp. | |
| TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Electrónica y Telecomunicaciones |
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