太赫兹轨道角动量通信关键技术与挑战

面对日益紧张的频谱资源与众多新兴应用对更高通信速率的要求,THz与OAM作为突破当前通信系统瓶颈的关键技术而广受关注。将两者结合的THz-OAM技术不仅继承了两者的优点,也面临着一些重要挑战。综述了OAM在通信领域的研究进展,展现了其提高通信容量与丰富通信维度的特有优势;研究了OAM波束在多径、大气湍流等环境下的传输特性及其应对方法,用于完善THz-OAM信道的通用模型;总结了THz-OAM通信系统面临的挑战,为6G通信技术的发展和应用提供参考。

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。

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.

交叉相关双路分集OAM湍流光信道接收信号模拟研究

为了用蒙特卡洛方法评估空间分集轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)光通信系统性能,提出模拟生成无限长交叉相关双路分集OAM信道接收光信号的方法.根据推广的稀疏谱模型,生成双路交叉相关高斯随机样本序列;然后通过逆变换将上述生成的相关高斯随机样本序列映射为服从双Johnson SB分布的随机样本序列.通过模拟实验发现,该方法生成的双路信号样本序列的统计分布与双Johnson SB分布能很好地吻合,并且每路信号的自相关和双路信号之间的交叉相关均与所需目标值一致.该结果表明,提出的方法能够用于模拟受大气湍流扰动的空间分集OAM信道接收光信号.

Efficiency enhancement for the orbital angular momentum photon quantum interface via single photon frequency upconversion

As the application of orbital angular momentum(OAM) of photon quantum in quantum communication, the OAM photon quantum interface for the transmission wavelength from the telecom communication quantum information storage in visible regime is required. Here we demonstrate the efficiency enhancement for the OAM photon quantum interface based on the frequency upconversion from telecom wavelength to visible regime by sum-frequency generation. The infrared photons at 1 558 nm carrying different OAM values could be converted to the visible regime at 622.2 nm with the optimal efficiency via adjusting the pump beam waist radius and intensity.