研究目的
提出一种基于超导纳米线单光子探测器（SNSPD）和现场可编程门阵列（FPGA）实时处理的可扩展设计方案，用于空间至地面弱光链路的地面光子计数接收机。
研究成果
论文最后成功展示了一个使用单个超导纳米线单光子探测器实现的40 Mbps通信链路，并讨论了通过组合多个探测器通道和改进光纤耦合技术来实现更高数据速率的未来工作。
研究不足
系统的可扩展性取决于探测器的数量和光纤耦合的效率，这可能受到当前技术和大气条件的限制。
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[2019年IEEE国际空间光学系统与应用会议(ICSOS) - 美国俄勒冈州波特兰市 (2019.10.14-2019.10.16)] 2019年IEEE国际空间光学系统与应用会议(ICSOS) - 高光子效率光通信的实时光子计数接收机
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[2019年IEEE国际空间光学系统与应用会议(ICSOS) - 美国俄勒冈州波特兰市 (2019.10.14-2019.10.16)] 2019年IEEE国际空间光学系统与应用会议(ICSOS) - 高光子效率光通信的实时光子计数接收机
DOI：10.1109/icsos45490.2019.8978977
出版年份：2019
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
我们提出了一种基于超导纳米线单光子探测器（SNSPD）和现场可编程门阵列（FPGA）实时处理的可扩展光子计数地面接收机设计方案，适用于空间对地弱光链路应用场景（如猎户座EM-2光学通信演示任务[1]）及未来深空探测或低发射功率任务。该接收机设计用于接收符合《空间数据系统咨询委员会光学通信编码与同步红皮书》标准[3]的串行级联脉冲位置调制（SCPPM）波形[2]。通过并行配置多路独立光纤耦合、探测效率达80%的商业化SNSPD，该系统可实现最高528Mbps的数据速率。为高效实现从望远镜到可扩展探测器阵列的光纤耦合（该阵列可根据望远镜孔径尺寸和探测器数量灵活调整），我们采用单模光纤（SMF）光子灯笼或少模光纤（FMF）光子灯笼[4]。本文概述了接收机系统设计、光子灯笼特性、SNSPD性能及系统级测试结果，证实单SNSPD即可实现40Mbps接收速率，并探讨了向更高数据速率扩展的方案。
作者：
Brian E. Vyhnalek，Jennifer M. Nappier，Sarah A. Tedder
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