Aufbau von faserbasierten Interferometern für die Quantenkryptografie

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1 Aufbau vo faserbasierte Iterferometer für die Quatekryptografie - Gehäuse, Phasestabilisierug, Fasereibau - Masterarbeit im Studiegag Elektrotechik ud Iformatiostechik Vertiefugsrichtug Photoik a der i Kooperatio mit der vorgelegt vo Björstjere Zidler gebore am 13. November 1966 i Görlitz eigereicht am 1. November 011 Erstgutachter: Herr Professor Dr. A. Richter Zweitgutachter: Herr Professor Dr. O. Beso 1

2 Meier Mutter gewidmet *03. Juli September 010

3 Björstjere Zidler November 010 Dimesioierug ud Auswahl der Auflösug des piezoasteuerde DA- Wadlers. Basiered auf de Arbeitsblätter: Berechug ausgewählter Parameter für eie beliebige Faserlägeäderug uter Nutzug eies Piezorohres. Berechug der beötigte Faserlägeäderug ud Spaug für eie Phaseverschiebug vo ϕ = ±π bei Nutzug eies Piezorohres. Berechug des effektive Durchmessers mehrlagiger Systeme. Teil 3: Querkotraktio als wicklugslagelimitierede Größe. Biegug eier Faser ud die dabei auftretede Leistugsdämpfug. Bekate zu erreichede theoretisch berechete techologische Parameter: Aus de obe geate Arbeitsblätter ist für das Piezorohr 74x0x4 bei frei defiierter Lägeäderug L der Faser bekat: L = 1mm Allgemeie Charakteristika laut Dateblatt: Bezeicher Charakteristika Eiheit Piezorig PiT74** - Außedurchmesser 74 mm Righöhe 0 mm Wadstärke 4 mm Moutig Socket Nicht vorhade - Asteuerspaug. ±1000 V Elektrische Kapazität 0 F Radiale Kotraktio. 5* µm Axiale Kotraktio. * µm Radiale Resoaz typ. 13 khz Axiale Resoaz typ. 80 khz Iere Elektrode Silber, gazflächig - Äußere Elektrode Silber, gazflächig - * Für eie Asteuerug vo 0V bis 1000V. ** Aktivierugshiweise des Herstellers beachte! - 1 -

4 Björstjere Zidler November 010 Elektrooptische Parameter, theoretisch*: Bezeicher Parameter Eiheit Widugsazahl N0 = 64 - Lageazahl = 1 - Faserläge L0 15 m Lägeäderug. L = 1 mm Phaseverschiebug. ϕ = 645 π Zeitverzögerug. t = 4, 8 ps Spaugsgesteuerte L µm = 1 Lägeäderug V Spaugsgesteuerte ϕ π = 0,65 Phaseverschiebug** V Spaugsgesteuerte t fs = 4,8 Zeitverzögerug V Spaugshub = 0, 775 ϕ * Alle Parameter bei eier Asteuerug vo 0V bis 1000V ** Für eie Moomodefaser bei 1550m. Für das weitere Voragehe ist ur der Spaugshub vo Bedeutug. = 0,775 ϕ m eie Phaseveräderug vo π zu erhalte, muss eie Spaugsäderug vo 0,775V geeriert werde. Auflösugsgreze, Piezo als feieistelledes Elemet: Elektroik mit eier ordetliche Reproduzierbarkeit kleier bis kleister Spaugsgröße ist schwer zu realisiere. Störuge vo auße eigebracht, Rausche verschiedester Quelle, usw. usf. erhöhe die Nachweisgreze der Nutzspaug auf edliche Größe. So ist i der Praxis bekat, dass a der vierte, spätestes füfte Nachkommastelle für Spaugsgröße Schluss mit der Reproduzierbarkeit ist. Dies begrezt die ötige Auflösug des DA- Wadlers. V π 1 ϕ 0,775 = mi - -

5 Björstjere Zidler November 010 I eie Tabelle eigetrage, lässt sich abschätze. 0,775 [V] Reproduzierbarkeit 1 0,38750 auflösbar 0,19375 auflösbar 3 0,09688 auflösbar 4 0,04844 auflösbar 5 0,04 auflösbar 6 0,0111 auflösbar 7 0,00606 auflösbar 8 0,00303 auflösbar 9 0,0015 Auflösug möglich 10 0,00076 Auflösug möglich 11 0,00038 Auflösug möglich 1 0,00019 Auflösug möglich 13 0,00009 Nicht auflösbar 14 0,00005 Nicht auflösbar 15 0,0000 Nicht auflösbar 16 0,00001 Nicht auflösbar 17 0,00000 Nicht auflösbar 18 0,00000 Nicht auflösbar 19 0,00000 Nicht auflösbar 0 0,00000 Nicht auflösbar 1 0,00000 Nicht auflösbar 0,00000 Nicht auflösbar 3 0,00000 Nicht auflösbar 4 0,00000 Nicht auflösbar Auflösugsgreze, Piezo als grobeistelledes Elemet: Soll der DA- Wadler als grobeistelledes Elemet wirke wird ϕ = 1 gesetzt, somit ergibt sich: Wieder tabellarisch aufgelistet = mi 1000 [V] Reproduzierbarkeit 1 500,000 Grobeistellug 50,000 Grobeistellug - 3 -

6 Björstjere Zidler November ,000 Grobeistellug 4 6,5000 Grobeistellug 5 31,500 Grobeistellug 6 15,650 Grobeistellug 7 7,8150 Grobeistellug 8 3,9065 Grobeistellug 9 1,95313 Grobeistellug 10 0,97656 Grobeistellug 11 0,4888 Feieistellug 1 0,4418 Feieistellug 13 0,109 Feieistellug 14 0,06104 Feieistellug 15 0,0305 Feieistellug 16 0,0156 Feieistellug 17 0,00763 Feieistellug 18 0,00381 Auflösug möglich 19 0,00191 Auflösug möglich 0 0,00095 Auflösug möglich 1 0,00048 Auflösug möglich 0,0004 Auflösug möglich 3 0,0001 Nicht auflösbar 4 0,00006 Nicht auflösbar (msetz)geschwidigkeit, Schelligkeit: Wichtig für die Stabilisierugsawedug ist die msetzgeschwidigkeit des am DA- Wadler erscheiede Bit- Sigals zur aaloge Ausgagsspaug. Tabellarisch solle hadelsübliche DA- Wadler aufgelistet werde. IC- Bezeichug Auflösug [Bit] msetzzeit [µs] Bemerkug HDAC10180A 8 0,005 ECL- Eigäge AD ,010 Video- DAC DAC ,50 lesbares Dateregister DAC ,100 multipliziered DAC8800 8,000 seriell DAC88 8 5,000 sigle supply AD ,000 4 fach DA- Wadler AD ,50 Stromausgag PM ,600 multipliziered DAC- HF1B 1 0,050 Sehr schell DAC ,050 eigebaute Referez - 4 -

7 Björstjere Zidler November 010 DAC ,400 Stromausgag DAC10 1 0,500 multipliziered DAC31 1 0,500 Stromausgag AD ,500 µp- Iterface HDAC7541Z 1 0,500 multipliziered PM , Bit- Busiterface DAC , Quadrate- Multiplizierer DAC ,000 eigebaute Referez AD , fach- DA- Wadler DAC- HA14B 14 7,000 CMOS, multipliziered ICL ,900 CMOS, multipliziered HDAC5 16 0,150 eigebaute Referez DAC ,350 eigebaute Referez ICL ,000 multipliziered DAC ,000 eigebaute Referez DAC- HR16B 16 1,000 geheizte Referez AD ,800 logarithmische Keliie DAC ,000 eigebaute Referez DAC ,000 itere Referez Nach: Agewadte Mikroelektroik Digital- Aalog- Wadler Auswahl: ter dem Prizip Grobeistellug über Piezo Feieistellug durch EOM ist ei 10- Bit- DA- Wadler ötig. A dieser Greze liegt der Übergag zwische Grob- zu Feieistellug mit: = 0,775 ϕ Folgede DA- Wadler sid für vorliegede Awedug iteressat: Auflösug [Bit] IC- Bezeichug 8 DAC DAC AD561 1 DAC

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