Light “超自由度”结构光突破通信限制

从古时的战火台到新颖化的讯息高速公道,光的强度、频率、偏振、相位等众个物理维度络续被开拓行动讯息通道,鞭策通讯容量的一次次逾越式擢升。

面向 5G、6G 通讯身手革命,近年来对待光场空间组织的开拓,为应对无尽头拉长的通讯带宽需求供应了新思绪:通过多量独立、正交的空间形式举行通讯汇集扩容。个中,率领光学轨道角动量(OAM)的涡旋光带来了最大的设念空间:外面上可以供应无尽众的正交讯息通道,从而维持无尽大的数据量。

然而,目前绝大大都的涡旋光通讯行使树模商讨中,涡旋光的通道数被首要节制正在 20 个以内。这源于涡旋光的一大瓶颈题目:古板涡旋光的发散角跟着通道数的补充(阶数补充)而赶疾上升,意味着授与端的光学口径快速扩展,比方第 99 阶形式所需授与面积为第 1 阶的 50 倍(如图1所示),陪同而来的周围、制价上的飞涨都是现实通讯体系难以担当的,所以极大地节制了涡旋光对通讯带宽的现实擢升恶果。

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插图涌现的 20 个图样),使得前 100 阶形式的发散角仅变更 18%(行动比照,古板涡旋光变更 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擢升了 2 个数目级(如图2d所示)。

图2:”超自正在度”组织光示妄图:(a)三个独立自正在度;(b)正交性剖判;(c) 与古板形式的发散角比照(前100阶);(d) 与古板形式的最大传输信道数目比照(体系周围越大,上风越清楚)。

商讨者初次验证了众个自正在度行动讯息传输通道的独立、正交性(图2b),并处置了“超自正在度”组织光的高效形式识别、高维讯息解码的适用化困难。

同时,商讨者还揭示了新型载波正在发散简并以外的另一个非常上风——大幅度按捺两类误码:

图3:新型组织光保留光强的核心对称性,明显按捺核心偏移导致的误码(与古板涡旋光比照)

图4:新型组织光(三自正在度)与古板涡旋光(阶数间隔诀别为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:新型组织光(三自正在度)与古板涡旋光(阶数间隔诀别为1,2,3)的图像传输质料比照(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身手,可与偏振复用、波分复用等现有身手兼容,

同时,该商讨思绪可增添到其他类型的波-迹组织光、涡旋光形式族,解锁更为充分的空间自正在度,完成更众重的发散简并,

其它,新型光束众自正在度之间的内禀不行分性,或将正在量子通讯、量子筹算等范围得回新的打破。

闭头词

Light:Science&Applications,涡旋光,光学轨道角动量,清华大学,付星,柳强,组织光,光通讯,载波身手,超自正在度

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