轨道角动量光通信关键技术研究进展
发布时间：2021-04-11 17:41
单模光纤的通信容量已接近香农极限,传统的多路复用技术很难再提升通信容量。近年来,一种新型模分复用技术——光轨道角动量（OAM）复用被提出,与其他复用技术相结合,可以极大地提升通信容量和提高频谱效率。轨道角动量光通信的关键技术包括轨道角动量光束的产生、传输介质以及复用/解复用器件,文中对这些关键技术的最新进展和发展趋势进行了综述。
【文章来源】：南京邮电大学学报(自然科学版). 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
光的波长、振幅、相位和偏振维度及OAM-MOM传输系统
OAM光束是一种具有相位结构exp(ilθ) 的特殊光场,其中θ为方位角,l为拓扑荷数,理论上可取任意数值,且不同拓扑荷的OAM模式之间是相互正交的[7]。OAM光束具有螺旋形的相位波前,且在光束传播方向上的轴向中心光强为零。利用OAM光束的相互正交性,可以将多个不同拓扑荷的OAM光束作为载波进行信息传输来实现信道的多路复用,从而成倍地提升信道容量和频谱效率。OAM光通信系统的关键技术主要包括OAM光束的产生、OAM 信号的传输媒介和OAM模的复用与解复用等三大模块。下面主要对这三方面的关键技术的研究进展进行分析。1 研究进展
以上两种方法主要用于产生自由空间OAM光束,不能直接将产生OAM光束耦合进光纤。为了产生聚焦的OAM光束,适应OAM光通信系统发展和应用的需求,近几年,科学工作者们又提出了两种新的OAM光束产生方法:光纤耦合器转换法[14-16]、光子晶体光纤转换法[17-20]。2012年Yan等[14]提出了一种利用高斯模的多重相干输入,在具有环形折射率分布的光纤中有效地产生和复用光轨道角动量模式的方法。通过控制多个输入的相位关系,可以有选择地产生不同阶数的OAM模式。通过控制多个输入的振幅和相位,可以同时产生多个OAM模式,且不会因复用而产生额外的损失。2012年,Yue等[17]又用PCF 设计了一款新型OAM 模式转换器。利用PCF对输入的厄米高斯光进行模式变换,得到了一系列涡旋本征模进行组合叠加,可以得到OAM模。德国的Wong 等[18]报道了一种螺旋PCF 模式转换器(见图3),螺旋型的结构可对输入光进行方位角向的调制,从而使输入光的相位发生改变,最终得到OAM光束。通过调节螺旋PCF的光纤结构参数,如光纤长度、光纤孔径、孔间距、扭曲率等,可以产生更多拓扑荷数的OAM 模式。2019年,Fu等[20]研制了一种基于充气螺旋PCF的新型扭向高阶轨道角动量产生器,与一般的螺旋PCF相比,新型的充气螺旋PCF的传输倾角没有明显的分裂,从而可以产生高质量的OAM±6模式,且产生的OAM模的偏振状态与输入光的偏振状态相同。1.1.4 光波导器件转换法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超表面结构的高效轨道角动量发生器研究[J]. 唐李光,高喜. 聊城大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用[J]. 曹恒颖,陈鹤鸣,白秀丽. 光子学报. 2019(12)
[3]平板式螺旋相位板的设计与应用[J]. 吴文兵,圣宗强,吴宏伟. 物理学报. 2019(05)
[4]轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤[J]. 白秀丽,陈鹤鸣,张凌菲. 红外与激光工程. 2019(02)
[5]轨道角动量叠加态的产生及其检验[J]. 柯熙政,薛璞. 红外与激光工程. 2018(04)
[6]一种可传输42个OAM模的光子晶体光纤[J]. 杨红红,陈鹤鸣,白秀丽. 光通信研究. 2018(02)
[7]一种新型的缓变折射率环形OAM传输光纤[J]. 马莹莹,陈鹤鸣,白秀丽. 光通信研究. 2017(02)
[8]轨道角动量在无线通信中的研究新进展综述[J]. 孙学宏,李强,庞丹旭,曾志民. 电子学报. 2015(11)
本文编号：3131676
【文章来源】：南京邮电大学学报(自然科学版). 2020,40(05)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
光的波长、振幅、相位和偏振维度及OAM-MOM传输系统
OAM光束是一种具有相位结构exp(ilθ) 的特殊光场,其中θ为方位角,l为拓扑荷数,理论上可取任意数值,且不同拓扑荷的OAM模式之间是相互正交的[7]。OAM光束具有螺旋形的相位波前,且在光束传播方向上的轴向中心光强为零。利用OAM光束的相互正交性,可以将多个不同拓扑荷的OAM光束作为载波进行信息传输来实现信道的多路复用,从而成倍地提升信道容量和频谱效率。OAM光通信系统的关键技术主要包括OAM光束的产生、OAM 信号的传输媒介和OAM模的复用与解复用等三大模块。下面主要对这三方面的关键技术的研究进展进行分析。1 研究进展
以上两种方法主要用于产生自由空间OAM光束,不能直接将产生OAM光束耦合进光纤。为了产生聚焦的OAM光束,适应OAM光通信系统发展和应用的需求,近几年,科学工作者们又提出了两种新的OAM光束产生方法:光纤耦合器转换法[14-16]、光子晶体光纤转换法[17-20]。2012年Yan等[14]提出了一种利用高斯模的多重相干输入,在具有环形折射率分布的光纤中有效地产生和复用光轨道角动量模式的方法。通过控制多个输入的相位关系,可以有选择地产生不同阶数的OAM模式。通过控制多个输入的振幅和相位,可以同时产生多个OAM模式,且不会因复用而产生额外的损失。2012年,Yue等[17]又用PCF 设计了一款新型OAM 模式转换器。利用PCF对输入的厄米高斯光进行模式变换,得到了一系列涡旋本征模进行组合叠加,可以得到OAM模。德国的Wong 等[18]报道了一种螺旋PCF 模式转换器(见图3),螺旋型的结构可对输入光进行方位角向的调制,从而使输入光的相位发生改变,最终得到OAM光束。通过调节螺旋PCF的光纤结构参数,如光纤长度、光纤孔径、孔间距、扭曲率等,可以产生更多拓扑荷数的OAM 模式。2019年,Fu等[20]研制了一种基于充气螺旋PCF的新型扭向高阶轨道角动量产生器,与一般的螺旋PCF相比,新型的充气螺旋PCF的传输倾角没有明显的分裂,从而可以产生高质量的OAM±6模式,且产生的OAM模的偏振状态与输入光的偏振状态相同。1.1.4 光波导器件转换法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于超表面结构的高效轨道角动量发生器研究[J]. 唐李光,高喜. 聊城大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用[J]. 曹恒颖,陈鹤鸣,白秀丽. 光子学报. 2019(12)
[3]平板式螺旋相位板的设计与应用[J]. 吴文兵,圣宗强,吴宏伟. 物理学报. 2019(05)
[4]轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤[J]. 白秀丽,陈鹤鸣,张凌菲. 红外与激光工程. 2019(02)
[5]轨道角动量叠加态的产生及其检验[J]. 柯熙政,薛璞. 红外与激光工程. 2018(04)
[6]一种可传输42个OAM模的光子晶体光纤[J]. 杨红红,陈鹤鸣,白秀丽. 光通信研究. 2018(02)
[7]一种新型的缓变折射率环形OAM传输光纤[J]. 马莹莹,陈鹤鸣,白秀丽. 光通信研究. 2017(02)
[8]轨道角动量在无线通信中的研究新进展综述[J]. 孙学宏,李强,庞丹旭,曾志民. 电子学报. 2015(11)
本文编号：3131676
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