从古时的战火台到摩登化的消息高速公道,光的强度、频率、偏振、相位等众个物理维度一连被斥地行为消息通道,促使通讯容量的一次次横跨式晋升。

面向 5G、6G 通讯技艺革命,近年来关于光场空间布局的斥地,为应对无终点伸长的通讯带宽需求供给了新思绪:通过多量独立、正交的空间形式举行通讯收集扩容。个中,率领光学轨道角动量(OAM)的涡旋光带来了最大的遐思空间:外面上不妨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,目前绝民众半的涡旋光通讯运用树模钻探中,涡旋光的通道数被吃紧束缚正在 20 个以内。这源于涡旋光的一大瓶颈题目:守旧涡旋光的发散角跟着通道数的填补(阶数填补)而急速上升,意味着摄取端的光学口径快速放大,比如第 99 阶形式所需摄取面积为第 1 阶的 50 倍(如图1所示),随同而来的范围、制价上的飞涨都是现实通讯编制难以秉承的,因此极大地束缚了涡旋光对通讯带宽的现实晋升后果。

该形式族具有发散角的 20 重简并性格,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 阶形式的发散角仅变更 18%(行为比拟,守旧涡旋光变更 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晋升了 2 个数目级(如图2d所示)。

图2:”超自正在度”布局光示妄图:(a)三个独立自正在度;(b)正交性分解;(c) 与守旧形式的发散角比拟(前100阶);(d) 与守旧形式的最大传输信道数目比拟(编制范围越大,上风越光鲜)。

钻探者初度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),并治理了“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,钻探者还揭示了新型载波正在发散简并以外的另一个高出上风——大幅度克制两类误码:

图3:新型布局光仍旧光强的核心对称性,明显克制核心偏移导致的误码(与守旧涡旋光比拟)

图4:新型布局光(三自正在度)与守旧涡旋光(阶数间隔分离为1,2,3)的误码率比拟:(a)核心偏移导致误码;(b)靠山噪声导致误码

图5:新型布局光(三自正在度)与守旧涡旋光(阶数间隔分离为1,2,3)的图像传输质地比拟(绿色为失真像素,ER为误码率)

本文针对涡旋光通讯运用的痛点,提出了众重发散简并的光通讯载波技艺,可与偏振复用、波分复用等现有技艺兼容,

同时,该钻探思绪可增加到其他类型的波-迹布局光、涡旋光形式族,解锁更为丰饶的空间自正在度,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弗成分性,或将正在量子通讯、量子企图等规模得回新的冲破。

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