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途,光的强度、频率、偏振、相位等众个物理维度相联被开拓举动讯息通道,饱动通讯容量的一次次超过式擢升。

面向 5G、6G 通讯手艺革命,近年来看待光场空间机合的开拓,为应对无尽头增加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搜集扩容。此中,率领光学轨道角动量(OAM)的涡旋光带来了最大的设思空间:外面上可能供应无穷众的正交讯息通道,从而支柱无穷大的数据量。

然而,目前绝大无数的涡旋光通讯行使树模商讨中,涡旋光的通道数被重要局限正在 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增长(阶数增长)而神速上升,意味着授与端的光学口径快速伸张,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),奉陪而来的界限、制价上的飞涨都是本质通讯体例难以秉承的,因此极大地局限了涡旋光对通讯带宽的本质擢升成效。

该形式族具有发散角的 20 重简并特质,即众达 20 个正交形式共享统一个发散角(睹图2c插图展现的 20 个图样),使得前 100 阶形式的发散角仅转移 18%(举动比较,古代涡旋光转移 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”机合光示企图:(a)三个独立自正在度;(b)正交性说明;(c) 与古代形式的发散角比较(前100阶);(d) 与古代形式的最大传输信道数目比较(体例界限越大,上风越明白)。

商讨者初次验证了众个自正在度举动讯息传输通道的独立、正交性(图2b),并治理了“超自正在度”机合光的高效形式识别、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除外的另一个超过上风——大幅度胁制两类误码:

图3:新型机合光维系光强的中央对称性,明显胁制中央偏移导致的误码(与古代涡旋光比较)

图4:新型机合光(三自正在度)与古代涡旋光(阶数间隔分歧为1,2,3)的误码率比较:(a)中央偏移导致误码;(b)配景噪声导致误码

图5:新型机合光(三自正在度)与古代涡旋光(阶数间隔分歧为1,2,3)的图像传输质料比较(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手艺,可与偏振复用、波分复用等现有手艺兼容,

同时,该商讨思绪可引申到其他类型的波-迹机合光、涡旋光形式族,解锁更为丰厚的空间自正在度,告终更众重的发散简并,

其它,新型光束众自正在度之间的内禀不成分性,或将正在量子通讯、量子盘算等范围得回新的冲破。

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