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Enregistrement W7055788331

Design and Characterization of a Transceiver Telescope for Quantum Communications with Satellites

2021· dissertation· en· W7055788331 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueUWSpace (University of Waterloo) · 2021
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueParticle accelerators and beam dynamics
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésTransmission (telecommunications)Quantum key distributionCommunications satellitePoint (geometry)Quantum channel
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Since the feasibility of free-space Quantum Key Distribution (QKD) was realized, a new race has begun amongst researchers to achieve the highest secure key rate and the most efficient protocols to form quantum communication channels allowing the creation of a global quantum communication network. Since 1992, multiple demonstrations have been executed that resulted in the first quantum network with 4,600 km coverage using optical fibres and Micius quantum satellite in three Chinese cities. In Canada, the Quantum Encryption and Science Satellite (QEYSSat) mission works towards establishing ground-to-satellite quantum links and forming a secure communication network across the country.
\n
\nThis thesis investigates the design of a transceiver telescope capable of both transmitting and receiving quantum signals at 785 nm, with higher efficiency than similar commercial options. This telescope is aimed to be one of the quantum ground stations of the QEYSSat project, which establishes a ground-to-satellite link (uplink configuration), to perform QKD with polarization encoded photons. Commercial telescopes and lenses are either not designed or optimized for the specific wavelengths required for a free space quantum link, or are not available in the required size to minimize link loss for beam transmission to a satellite in Low-Earth-orbit (LEO). Thus, a refractive telescope was designed with a custom-designed 8-inch lens and two motorized folding mirrors to emit a quantum signal at 785 nm while tracking the beacon light of the satellite at either 980 nm or 1550 nm wavelengths.
\n
\nFurthermore, the atmospheric turbulence formed by temperature gradients is the main reason for link attenuation in an uplink configuration. Turbulence is highly dependent on the altitude and weather conditions, which makes the prediction challenging. However, it is formulated such that it suggests the maximum length, in which the spatial phase of a travelling light can be saved. By considering the diffraction of the transmitted beam and estimating the turbulence strength we could obtain the lens diameter that has the least link loss in presence of atmospheric turbulence. The manufacturing aspects, like the capability of constructing large lenses and the related costs, were taken into consideration as the important factors in determining the optimal aperture size. 
\n
\nThe telescope lens was designed specifically for the desired wavelengths, by selecting the optimal material, thickness and radius of curvature. Therefore, the Seidel aberrations that distort the transmitted wavefront were minimized as much as possible. Since the wavefront distorted by the imperfections of the optics or the atmospheric turbulence can be defined by Zernike polynomials, we developed a model to simulate both the lens and the atmosphere structure to predict the far-field beam detected by the satellite. These analyses shed light on the lens specifications and accuracy needed in the manufacturing process, which reduced the costs.
\n
\nFinally, our custom-designed telescope was characterized by applying tests such as polarization measurement to confirm its performance in maintaining the polarization of a transmitted beam at 785 nm. Moreover, the wavefront measurement results and the non-aberrated image of a point light source in a star test validated our optimizations in the lens design. Since the new ground station has passed the preliminary tests for establishing a free-space quantum channel with polarized photons we are looking forward to calibrating the telescope and developing our tracking systems for further QKD experiments, once the QEYSSat microsatellite is launched in near future.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,491
Score d'incertitude au seuil0,496

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,014
Tête enseignante GPT0,197
Écart entre enseignants0,182 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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