尹霄丽，郑桐，孙志雯，张兆元

（北京邮电大学电子工程学院，北京 100876）

1 引言

随着环境监测、水下勘探、海上油田勘探等水下工作的不断发展，人们对高速、大容量水下通信系统的需求越来越大。水声通信速率低、带宽窄等无法满足日益增长的带宽需求。光纤通信等有线通信技术在水中施工困难且难以连接移动终端。相比之下，水下无线光通信（UWOC,underwater wireless optical communication）具有信道容量大、带宽大、时延小的优点，在海洋通信等领域有着巨大的应用前景[1]。

通过调制光的偏振和波长等自由度可以提高水下无线光通信的传输速率[2]。轨道角动量（OAM,orbital angular momentum）是具有螺旋相位波前的涡旋光束携带的一种新的自由度[3]，具有不同OAM模式数的涡旋光束之间相互正交，利用OAM 进行复用可以有效增大信道容量[4]。2016 年，文献[5]在2.96 m 的距离上搭建了UWOC 链路，采用2 路OAM 进行复用，以3 Gbit/s 的速率进行传输，达到了误码率为2.073 ×10−4的测试结果。同年，文献[6]使用4路OAM复用，在1.2 m的水箱中达到了40 Gbit/s的传输速率。此外，文献[7]研究携带不同OAM 模式的1 GHz 的信号在3.66 m 的浑浊水体中传输，发现模式越大的涡旋光束由于具有更细的光环分布，在浑浊水体传输具有更好的穿透性。

由于受到太阳、月亮、与大气的接触面以及地热等因素的影响，海洋中时刻存在大的漩涡向更小的漩涡转化，直至动能耗散成热能[8]，形成了海洋湍流。海洋湍流带来的折射率波动会对水下光束传输造成扰动，从而破坏OAM 态间的正交性，导致多路复用信道之间的串扰，进而降低系统的误码率性能[9]。……