基于波前校正的轨道角动量复用通信系统抗干扰研究

基于轨道角动量(OAM,orbital angular momentum)复用自由空间光(FSO,free-space optical)通信系统不可避免地受到大气湍流的干扰。针对OAM复用通信系统,提出一种基于Gerchberg-Saxton相位校正的大气湍流干扰影响补偿方法。利用Gerchberg-Saxton相位恢复算法校正由大气湍流导致的OAM态复用光波前相位扭曲。数值仿真结果证实,该方法很好地抑制了大气湍流引起的OAM态复用串扰。在大气湍流折射率结构指数常数Cn2<2× 10-15m-2/3时,系统误码率比没有使用Gerchberg-Saxton算法的要下降2到3个数量级。

大气湍流下轨道角动量复用态串扰分析

以加载QPSK调制信号的轨道角动量(OAM)光束为传输载波,以多个相位屏模拟大气湍流,研究不同大气湍流强度下OAM复用态的串扰情况。通过对复用光束光强和相位研究,得出在OAM复用态光强受到湍流影响时会发生明显的闪烁现象,光功率分散,相位发生旋转弯曲,且湍流强度越大,受到的影响越大。选用螺旋谱分析不同湍流强度下各OAM复用态之间的弥散程度,当大气湍流强度增加时,OAM态之间的弥散程度增加,且较强湍流会导致OAM复用态失真。同时,考虑OAM复用态之间的模式串扰以及每路携带信息的OAM态因大气信道引起的混合噪声而造成的码间干扰,对比研究了不同大气湍流强度下系统误码率随传输距离的变化,结果表明:系统误码率随传输距离的增长而增大,强湍流之下光束误码率会随着传输距离增长到一定程度后趋于平稳,弱湍流之下光束误码率会随着传输距离的增长而增大。

MIMO均衡下非对齐光子轨道角动量复用通信系统性能研究

轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)复用通信系统性能不可避免地受到发、收两端OAM态非对齐的影响.针对OAM态复用通信,提出了一种将多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)均衡技术用于降低OAM系统发、收两端非对齐对系统性能带来影响的方案.所提方案利用MIMO均衡技术纠正或部分纠正复用OAM态在发、收两端非对齐时的模间串扰.数值仿真结果表明所提方案可有效地降低OAM非对齐通信系统模式间的串扰,提升了系统的误码率性能,在位置偏移和角度偏斜量较小情形下,系统误码率可提升1～2个数量级.

基于轨道角动量谱分解的多通道水声通信及系统实现

水声通信能够实现信息的长距离传输,在深海探索和军事领域发挥重要作用.然而,由于换能器带宽和声波波长的影响,水声通信的发展与应用受到传输衰减大和信道容量低以及频谱利用率不足的限制.本文结合复用涡旋声束(AV)和轨道角动量(OAM)谱分解技术,研究了基于环形收发阵列的多通道水声通信方法,并系统实现.基于发送数据的ASCII编码,利用全息信号的幅度和相位调制,驱动环形换能器阵列发射沿轴传输的多通道OAM复用涡旋声束,并通过环形换能器阵列的信号采样和OAM谱分解完成复用涡旋声束的OAM模态解码,实现了高效的并行数据传输.构建了8声源环形收发阵列和全息相控系统,开展了6通道水声通信研究,成功实现了复用涡旋声场的实验测量和OAM解码,并与传统单通道二进制串行数据通信进行性能比较.理论和实验结果证明,基于OAM谱分解的通信通道数由发射阵列的阵元数N决定,其解码精度由发射信号的相位精度和接收阵列的阵元数决定;阵元数N≥1的大阵列系统在满OAM模式复用条件下的传输速率约为传统水声通信的N倍.本研究表明基于OAM谱分解的多通道通信可大幅提高信道容量和频谱利用率,为其在水声通信中的实际应用提供了一种实用方案.

轨道角动量复用光场的高斯量子关联

连续变量纠缠态光场是实现量子计算、量子通信和量子精密测量的重要量子资源。轨道角动量复用是增加量子通信信道容量的一种有效方式。我们利用铯原子系综中的四波混频过程制备了轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场,并实验证明携带l=1,2阶轨道角动量的EPR纠缠态光场可以获得与l=0模式的EPR纠缠态光场相同的纠缠度。此外,我们采用高斯量子失谐表征了携带l=0,1,2阶轨道角动量光场的量子关联,并研究了其在损耗信道中的演化。结果表明轨道角动量复用光场的高斯量子关联在损耗环境中具有鲁棒性。研究结果为利用轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场实现高信道容量量子通信提供了参考。

轨道角动量态复用通信研究

任何带有螺旋相位分布的波束拥有轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM),其螺旋相位取决于OAM态拓扑荷。OAM态拓扑荷取值可从负无穷至正无穷,不同拓扑荷的OAM态空间模相互正交。因此,与能量、波长和极化一样,OAM态成为一种可载荷信息的新型自由度。目前,基于OAM态这一新型自由度的复用通信体制引起了业界的极大关注。文中阐述OAM态的概念,OAM态复用,OAM态复用在自由空间光通信、光纤通信和无线电通信等场景下的研究进展。OAM态复用极大地提升了通信系统的容量和频带利用率,它的应用前景令人兴奋,存在着机遇,也面临着巨大的挑战。

基于高效轨道角动量态分离方法的复用系统方案研究

轨道角动量(OAM,orbital angular momentum)态可载荷信息,单个OAM态具有无穷大容量且不同OAM态间相互正交。基于OAM态复用的通信系统成为光通信和量子光学领域的研究热点之一。将高效OAM态分离方法应用于OAM态复用系统中,给出一种高效的OAM态通信复用方案。由于这种OAM态分离方法的特点,新方案可从OAM叠加态中同时解调出复用系统中不同轨道角动量态的载体信息,有效节省了复用系统接收端的解调设备,降低了OAM态复用系统的实现成本。数值仿真结果表明当系统信噪比大于23 dB时,系统误码率可以降至于10-4以下,本方案是一可行的OAM态复用方案。

基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用

设计了一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用器,该器件主要由非对称定向耦合器和带沟槽的波导两部分组成.根据相位匹配条件,基模TE 00通过非对称定向耦合器耦合成一阶模TE 10,带沟槽的波导可支持光轴相对于水平和垂直方向旋转45°的两个正交的本征模,调整两个正交的本征模的相位差,使其进行简并,可进一步将TE 10转换为多种轨道角动量模式,并在第二个沟槽结构中进行复用.采用时域有限差分法进行仿真计算,结果表明:该器件可以实现拓扑荷为+1、0、-1的光子轨道角动量模式的产生及复用,且器件结构紧凑,尺寸小于80μm×5.3μm,损耗小于0.24 dB,适用波长范围为1.47~1.58μm.该器件制作工艺简单,易于集成,可应用于轨道角动量复用系统等领域.

光纤通信新型复用技术(本期优秀论文)

介绍了基于少模光纤(FMF)的MDM技术和基于涡旋光纤的OAM复用技术的研究背景与最新研究进展,并对其原理和理论模型进行概述,讨论了OAM模式的生成方式、OAM复用技术和模分复用的特点,并对这两种技术面临问题的解决方法和复用技术的发展方向提出了一些思路。

拉盖尔-高斯光束拓扑荷复用测量的仿真

针对涡旋光束复用传输中拓扑荷测量的问题,根据广义惠更斯-菲涅耳积分,利用傅里叶光学分析方法和光束分步传播法,建立光束传播模型,对拉盖尔-高斯光束经复用在真空中传输进行数值仿真。通过分析光束真空传输后的相位分布,发现两束光复用后的相位分布特征与参与复用的各光束拓扑荷值之间有可辨别的关联,具体规律是相位的中心扇叶片数和叶片旋转方向与复用光束中拓扑荷绝对值较小的光束相同,而相位的外边缘相位叉点的个数和旋转方向分别与复用各光束的拓扑荷数值差的绝对值﹑拓扑荷数值较大者相同。所得结果为涡旋光束拓扑荷数的测量提供新方法。