隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，人們對(duì)通信容量的需求急劇增長(zhǎng)，現(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的需求。為了解決通信容量危機(jī)，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。其中，光纖軌道角動(dòng)量（OrbitalAngularMomentum,OAM）光通信為此提供了一條潛在解決途徑。
武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室王健教授領(lǐng)導(dǎo)的多維光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MDPL：Multi-DimensionalPhotonicsLaboratory）在光纖OAM通信方面開展了廣泛研究，并取得了一系列進(jìn)展。
為了實(shí)現(xiàn)高速、大容量、高頻譜效率、穩(wěn)定的OAM傳輸，王健團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種新型的OAM光纖結(jié)構(gòu)。首先，在王健教授指導(dǎo)下，博士生李樹輝設(shè)計(jì)了支持OAM復(fù)用傳輸?shù)亩喹h(huán)多OAM光纖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)Pbit/s量級(jí)的OAM復(fù)用提供了可能。相關(guān)研究成果以論文“Acompacttrench-assistedmulti-orbital-angular-momentummulti-ringfiberforultrahigh-densityspace-divisionmultiplexing(19rings×22modes)”發(fā)表在ScientificReports上。此外，博士生李樹輝還設(shè)計(jì)了支持OAM傳輸?shù)某＼壍澜莿?dòng)量光纖結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以增大OAM模式的有效模式面積、降低光纖非線性，為長(zhǎng)距離大功率傳輸OAM模式提供了一個(gè)新選擇。該工作以論文“Supermodefiberfororbitalangularmomentum(OAM)transmission”發(fā)表在OpticsExpress上。
圖1(a)多環(huán)多OAM光纖結(jié)構(gòu)(b)超模OAM光纖結(jié)構(gòu)
同時(shí)，在光纖OAM復(fù)用傳輸實(shí)驗(yàn)上，王健教授團(tuán)隊(duì)也取得了一定進(jìn)展。在王教授指導(dǎo)下，通過與烽火藤倉科技有限公司合作，博士生王安東、朱龍和劉俊等人成功演示了OAM空分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用結(jié)合的混合無源光網(wǎng)絡(luò)。這項(xiàng)技術(shù)有望在將來大容量無源光網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用。相關(guān)成果以論文“Demonstrationofhybridorbitalangularmomentummultiplexingandtime-divisionmultiplexingpassiveopticalnetwork”發(fā)表在OpticsExpress上。博士生王安東、朱龍和劉俊是該論文的共同第一作者。
圖2OAM空分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用結(jié)合的混合無源光網(wǎng)絡(luò)
OAM模式轉(zhuǎn)換器是OAM光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，王健教授團(tuán)隊(duì)在深入分析光纖OAM模式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了兩種新型OAM模式轉(zhuǎn)換器。首先，在王健教授指導(dǎo)下，博士生方良提出了基于螺旋光柵的新型OAM模式轉(zhuǎn)換器，該器件可以靈活的實(shí)現(xiàn)OAM模式的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、交換等功能，并以論文“Flexiblegeneration/conversion/exchangeoffiber-guidedorbitalangularmomentummodesusinghelicalgratings,”發(fā)表在OpticsLetters上。此外，在王健教授指導(dǎo)下，通過與烽火藤倉科技有限公司合作，博士生李樹輝成功演示了基于少模光纖的全光纖OAM模式轉(zhuǎn)換器。該器件可以實(shí)現(xiàn)入射高斯模式到OAM模式或LP模式的選擇性激發(fā)，且具有操作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。相關(guān)研究成果以論文“Controllableall-fiberorbitalangularmomentummodeconverter,”發(fā)表在OpticsLetters上。此工作發(fā)表后，引起了廣泛關(guān)注、入選當(dāng)月官網(wǎng)熱點(diǎn)下載Top10(排名第二)。
圖3(a)螺旋光柵結(jié)構(gòu)(b)全光纖OAM模式轉(zhuǎn)換器
