高金全，周正兰，徐华锋， 吴 彬，屈 军

(安徽师范大学 物理与电子信息学院，芜湖 241002)

引 言

随着通信行业的快速发展，社会对通信速率的要求越来越高，传统的无线电通信不能满足用户的需求。为了弥补数据共享时代数据传输的压力，近些年来，自由空间光通信(free space optical communication, FSO)成为研究的热点，光作为信息传输的载体，具有非常高的可用光带宽，能够实现两个定点间的高速率传输，并且传输距离可达数千米[1-3]。研究发现，光不仅有自旋角动量，而且涡旋光束中每个光子都携带轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)[4],轨道角动量可作为信息传输的载体。涡旋光束具有特殊的相位结构和确定的轨道角动量，在无线光通信领域备受关注[5-7]。由于不同模态的OAM光束相互正交，理论上它的拓扑荷数可以是无限的，构成无穷维希尔伯特空间，具有极高的自由度。因此可以在不增加频谱带宽的情况下，提高信号通道的编码容量[8-9]。同时OAM的拓扑荷和方位角之间的不确定关系，有利于提高OAM承载信息的安全性[10]。涡旋光束在光通信方面展现了巨大的潜力[11-12]，WANG等人通过使用携带轨道角动量的正交的Laguerre-Gaussian模进行四模多路复用和解复用的方法，实现了12.8bit/s/Hz的高频谱效率；BOZINOVIC等人证明了利用光的轨道角动量创建在单个光纤中多路复用且正交，空间上不同的数据传输通道流的可行性，在光纤中采用10个波长的两种OAM模式的同时复用，获得了1.6Tbit/s的传输速率，结果表明，OAM可以为未来光纤网络中的数据复用提供额外的自由度。……