26, 5月 2022
Light “超自由度”结构光突破通信限制

从古时的狼烟台到今世化的消息高速公途,光的强度、频率、偏振、相位等众个物理维度连接被开采行为消息通道,促使通讯容量的一次次超过式提拔。

面向 5G、6G 通讯本事革命,近年来对付光场空间布局的开采,为应对无终点伸长的通讯带宽需求供给了新思绪:通过巨额独立、正交的空间形式举办通讯汇集扩容。个中,领导光学轨道角动量(OAM)的涡旋光带来了最大的设思空间:外面上也许供给无尽众的正交消息通道,从而维持无尽大的数据量。

然而,目前绝大大批的涡旋光通讯行使树模研讨中,涡旋光的通道数被紧要节制正在 20 个以内。这源于涡旋光的一大瓶颈题目:古代涡旋光的发散角跟着通道数的弥补(阶数弥补)而速捷上升,意味着采纳端的光学口径快速扩展,比如第 99 阶形式所需采纳面积为第 1 阶的 50 倍(如图1所示),奉陪而来的范围、制价上的飞涨都是实践通讯体系难以接受的,所以极大地节制了涡旋光对通讯带宽的实践提拔功效。

该形式族具有发散角的 20 重简并性子,即众达 20 个正交形式共享统一个发散角(睹图2c插图出现的 20 个图样),使得前 100 阶形式的发散角仅蜕变 18%(行为比照,古代涡旋光蜕变 900%,如图2c所示),从而将自正在光通讯可复用的空间通道数一举提拔了 2 个数目级(如图2d所示)。

图2:”超自正在度”布局光示希图:(a)三个独立自正在度;(b)正交性明白;(c) 与古代形式的发散角比照(前100阶);(d) 与古代形式的最大传输信道数目比照(体系范围越大,上风越显著)。

研讨者初次验证了众个自正在度行为消息传输通道的独立、正交性(图2b),并处理了“超自正在度”布局光的高效形式识别、高维消息解码的适用化困难。

同时,研讨者还揭示了新型载波正在发散简并以外的另一个越过上风——大幅度禁止两类误码:

图3:新型布局光仍旧光强的核心对称性,明显禁止核心偏移导致的误码(与古代涡旋光比照)

图4:新型布局光(三自正在度)与古代涡旋光(阶数间隔离别为1,2,3)的误码率比照:(a)核心偏移导致误码;(b)布景噪声导致误码

图5:新型布局光(三自正在度)与古代涡旋光(阶数间隔离别为1,2,3)的图像传输质地比照(绿色为失真像素,ER为误码率)

本文针对涡旋光通讯行使的痛点,提出了众重发散简并的光通讯载波本事,可与偏振复用、波分复用等现有本事兼容,

同时,该研讨思绪可扩张到其他类型的波-迹布局光、涡旋光形式族,解锁更为丰盛的空间自正在度,告竣更众重的发散简并,

另外,新型光束众自正在度之间的内禀弗成分性,或将正在量子通讯、量子谋略等范围得回新的冲破。

环节词

Light:Science&Applications,涡旋光,光学轨道角动量,清华大学,付星,柳强,布局光,光通讯,载波本事,超自正在度

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