我国光纤轨道角动量光通信取得系列研究进展

　　ICCSZ讯   随着信息时代的飞速发展，人们对通信容量的需求急剧增长，现有光纤通信系统已经不能满足人们的需求。为了解决通信容量危机，新技术不断涌现。其中，光纤轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)光通信为此提供了一条潜在解决途径。

　　武汉光电国家实验室王健教授领导的多维光子学实验室(MDPL：Multi-DimensionalPhotonicsLaboratory)在光纤OAM通信方面开展了广泛研究，并取得了一系列进展。

　　为了实现高速、大容量、高频谱效率、稳定的OAM传输，王健团队设计了多种新型的OAM光纤结构。首先，在王健教授指导下，博士生李树辉设计了支持OAM复用传输的多环多OAM光纤结构，该结构为实现Pbit/s量级的OAM复用提供了可能。相关研究成果以论文“Acompacttrench-assistedmulti-orbital-angular-momentummulti-ringfiberforultrahigh-densityspace-divisionmultiplexing(19rings×22modes)”发表在ScientificReports上。此外，博士生李树辉还设计了支持OAM传输的超模轨道角动量光纤结构，此结构可以增大OAM模式的有效模式面积、降低光纤非线性，为长距离大功率传输OAM模式提供了一个新选择。该工作以论文“Supermodefiberfororbitalangularmomentum(OAM)transmission”发表在OpticsExpress上。

　　图1(a)多环多OAM光纤结构(b)超模OAM光纤结构

　　同时，在光纤OAM复用传输实验上，王健教授团队也取得了一定进展。在王教授指导下，通过与烽火藤仓科技有限公司合作，博士生王安东、朱龙和刘俊等人成功演示了OAM空分复用和时分复用结合的混合无源光网络。这项技术有望在将来大容量无源光网络中得到应用。相关成果以论文“Demonstrationofhybridorbitalangularmomentummultiplexingandtime-divisionmultiplexingpassiveopticalnetwork”发表在OpticsExpress上。博士生王安东、朱龙和刘俊是该论文的共同第一作者。

　　图2OAM空分复用和时分复用结合的混合无源光网络

　　OAM模式转换器是OAM光通信系统中的关键组成部分，王健教授团队在深入分析光纤OAM模式特点的基础上提出了两种新型OAM模式转换器。首先，在王健教授指导下，博士生方良提出了基于螺旋光栅的新型OAM模式转换器，该器件可以灵活的实现OAM模式的产生、转换、交换等功能，并以论文“Flexiblegeneration/conversion/exchangeoffiber-guidedorbitalangularmomentummodesusinghelicalgratings,”发表在OpticsLetters上。此外，在王健教授指导下，通过与烽火藤仓科技有限公司合作，博士生李树辉成功演示了基于少模光纤的全光纤OAM模式转换器。该器件可以实现入射高斯模式到OAM模式或LP模式的选择性激发，且具有操作灵活、结构简单、价格低廉等优势。相关研究成果以论文“Controllableall-fiberorbitalangularmomentummodeconverter,”发表在OpticsLetters上。此工作发表后，引起了广泛关注、入选当月官网热点下载Top10(排名第二)。

　　图3(a)螺旋光栅结构(b)全光纤OAM模式转换器