Специалисты Университета МИСИС и российской компании QRate создали программу, которая может помочь в импортозамещении телекоммуникационных устройств.
Программа SIMLAD (SIMulating LAser Dynamics) моделирует новые способы передачи данных, не повторяя существующие. Она позволяет воспроизводить сложное поведение полупроводниковых лазеров в устройствах квантового распределения ключей, а также в классических телекоммуникационных приложениях.
«Насколько нам известно, в открытом доступе до сих пор не существовало удобного оконного приложения для моделирования лазерной динамики. Нашей целью было создать программу, которая бы по нажатию одной-двух кнопок могла бы в графическом виде представить результаты численного интегрирования скоростных уравнений лазерной динамики. Мы надеемся, что наша программа будет полезна инженерам и исследователям, которые занимаются низкоуровневым проектированием телекоммуникационных систем, в частности, квантовых систем связи, и поможет им находить новые способы модуляции и передачи данных», – сказал соавтор разработки Игорь Кудряшов, научный сотрудник компании QRate.
В программе можно воссоздавать спектры лазеров, их передаточные функции, оптическую инжекцию, фазовую диффузию, прямую модуляцию импульсами произвольной формы, температурные эффекты и другие явления в полупроводниковых лазерах.
Для анализа динамики полупроводниковых лазеров, в том числе их стохастических то есть непрогнозируемых, свойств, SIMLAD использует метод скоростных лазерных уравнений. Данный подход является мощным инструментом для изучения одномодовых полупроводниковых лазеров, которые являются «рабочими лошадками» в области телекоммуникаций, а также в относительно новой области квантовой связи, где часто требуется использовать лазеры в режимах работы, которые никогда не применяются в стандартных телекоммуникационных системах. Например, для создания квантовых состояний в квантовом распределении ключей (КРК) все чаще используется прямая фазовая модуляция с помощью оптической инжекции. Хотя лазерные системы с оптической инжекцией уже давно применяются в телекоммуникациях, используемые в КРК методы прямой фазовой модуляции были разработаны совсем недавно, а теоретический анализ этого подхода был опубликован только в 2021 году научными сотрудниками QRate.
«На самом деле, для обычных телекоммуникационных лазеров можно придумать довольно много нестандартных применений. Поэтому моделирование и анализ влияния различных параметров на работу лазера по-прежнему является чрезвычайно важным при проектировании телекоммуникационных систем. Однако далеко не все инженеры и даже учёные имеют достаточно времени, чтобы подробно разбираться со скоростными лазерными уравнениями, особенно со стохастическими дифференциальными уравнениями, и со всем набором параметров, входящих в них. Мы надеемся, что наша программа поможет исследователям и разработчикам в решении этой задачи. Код программы выложен в открытом доступе. Наша цель – предоставить пользователю простой оконный интерфейс для быстрой визуализации лазерного излучения, спектра, передаточной функции и т. д. и упростить им работу», – говорит руководитель работы Роман Шаховой, заведующий лабораторией элементной базы квантовых коммуникаций НИТУ МИСИС.
Компания QRate (резидент Сколково) разрабатывает комплексные аппаратно-программные решения для обеспечения информационной безопасности с помощью квантовых технологий, является стратегическим партнером НИТУ МИСИС с 2018 года.
Об университете
Университет науки и технологий МИСИС – ведущий вуз страны в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Опираясь на традиции признанных в России и мире научных школ, современные образовательные технологии, университет ставит перед собой задачу внести максимальный вклад в развитие экономики за счет прорывных разработок и качественной подготовки специалистов. В научно-исследовательской деятельности Университет МИСИС концентрируется на таких приоритетных направлениях, как металлургия, горное дело, материаловедение, квантовые технологии, биоматериалы и биоинженерия, альтернативная энергетика, аддитивные и информационные технологии.
В вузе действует порядка 45 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В состав университета входит 7 институтов и 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В вузе более 23 000 обучающихся, 25% студентов – граждане 86 стран. Университет МИСИС сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира – лидерами в своих отраслях. Официальный сайт вуза – https://misis.ru/
