轨道角动量在无线通信中的研究新进展综述

随着无线通信技术的蓬勃发展,频谱利用率和系统容量已经趋近香农极限.轨道角动量作为一项新型技术,拥有高效频谱利用率和抗干扰能力,引起了国内外学术界的关注.本文首先介绍了轨道角动量的应用与无线通信系统的基本原理;其次综述了轨道角动量在相关领域的研究进展,并对轨道角动量产生的关键技术进行深入分析,以及对现有的轨道角动量接收方法进行梳理总结;最后在目前已有研究的基础上,展望并提出了未来轨道角动量在无线通信研究及应用中需要重点解决和关注的一些突出问题,包括携带轨道角动量涡旋电磁波的产生,不同模态轨道角动量电磁波相互干扰的抑制,轨道角动量模态的编码方式以及不同模态涡旋电磁波的分离与检测等方面.     

面向无线通信的轨道角动量关键技术研究进展

电磁涡旋因携带轨道角动量而具有高维可调制自由度,被引入无线通信中以提升频谱效率和抗干扰能力。该文首先介绍了轨道角动量和电磁涡旋的基本原理与特性;然后比较了电磁涡旋的产生方法,给出了超表面产生轨道角动量的工作原理,综述了基于超表面的轨道角动量产生方法和研究现状;总结了轨道角动量的传输性能、接收与检测方法、复用与解复用性能;最后讨论了未来在应用无线通信轨道角动量时需要解决的关键问题。     

光通信中轨道角动量技术及应用前景分析

轨道角动量是未来进一步提升光网络容量的新型技术,近几年逐步成为超高速光通信领域的研究热点。在介绍轨道角动量技术机理及最新研究进展的基础上,进一步分析了轨道角动量所面临的技术挑战,同时对其未来应用前景进行了探讨及展望。     

光束轨道角动量谱的测量技术研究进展（特邀）

自Allen等证明具有螺旋相位波面的激光束携带有轨道角动量以来,对光束轨道角动量调控技术的研究取得了跨越式的发展,获得了包括相位涡旋光束、矢量涡旋光束、激光束阵列等多种新型结构光场,在超大容量光通信、遥感探测、激光加工、高分辨率成像等领域展现出广阔的应用前景。准确测量光束的轨道角动量是其应用的重要基础,早期人们更多地关注对待测光束所包含的轨道角动量成分分布的测量,后来逐步拓展至对各个轨道角动量成分的强度比重即轨道角动量谱的测量。文中系统地回顾并总结近年来光束轨道角动量谱测量技术的发展,主要介绍了包括基于衍射、模式分束等方法的新型光束轨道角动量谱测量技术。     

基于多模态OAM涡旋电磁波的L波段宽频阵列天线设计

频谱资源紧缺已成为无线通信技术发展的瓶颈．本文通过控制阵元间馈电相位差将轨道角动量（orbit-al angular momentum）技术应用于阵列天线中,利用L型探针馈电微带贴片天线沿圆周等距排列设计出一种工作频段在1．35GHz～1．86GHz,相对带宽达到31．8％的8阵元涡旋电磁波宽频微带天线．仿真实验表明,该天线可以产生具有多模态轨道角动量的涡旋电磁波,当用于移动通信系统的发射端,它能够实现在同一时间、同一频率下的多路信号传输,提高了系统的容量和传输速率．     

微环谐振腔中点光源产生轨道角动量的特性北大核心CSCD

提升量子光源在量子信息处理方面的编码容量是量子技术发展亟需解决的问题。轨道角动量作为光子一个独特的自由度,其空间模式分布会形成无限维完备的希尔伯特空间正交解,因此利用光子的轨道角动量进行编码可以极大地提高信息处理的容量,是高维量子信息处理的重要资源。具有二能级系统的量子光源可以等效成点光源,在微纳尺度下对量子光源进行调制产生轨道角动量是拓展片上集成量子光源编码维度的有效方法之一。主要探讨了点光源在微环谐振腔中产生轨道角动量叠加态的特性。首先介绍了角向光栅对微环谐振腔中点光源产生轨道角动量的调制机理;然后研究了微环谐振腔的腔量子电动力学效应对点光源辐射子的辐射速率和收集效率的影响,并对单光子纯度进行了分析;最后研究了点光源产生轨道角动量叠加态的电场分布、相位分布及矢量偏振特性,不仅分析了微环谐振腔中不同位置的点光源对腔模及轨道角动量的影响,还对出射轨道角动量叠加态的纯度进行了详细分析。该研究为集成轨道角动量光量子器件的发展提供了有效的方法,对进一步了解微纳尺度下产生轨道角动量的机理和性质有良好的促进作用。     

基于轨道角动量的自由空间光通信研究与进展

利用光的轨道角动量传递信息可有效提高信息传输的速率。介绍了光轨道角动量的基本概念和主要特性,探讨了基于轨道角动量的自由空间光通信的基本原理和典型系统,并对相关的关键技术进行了分析,在此基础上,对基于轨道角动量的自由空间光通信的应用前景和发展趋势作了展望。     

光学轨道角动量复用纠缠源的实验产生及其应用北大核心CSCD

光既可以携带自旋角动量,也可以携带轨道角动量。自1992年由Allen等提出光学轨道角动量的基本概念以来,光学轨道角动量已吸引了越来越多学者的研究兴趣。光学轨道角动量具有无限带宽以及不同模式相互正交等特点,这使得通过光学轨道角动量来传递信息变成一项十分有前景的技术。在概述光学轨道角动量基本概念的基础上,重点综述了在连续变量系统中利用四波混频过程制备光学轨道角动量复用的纠缠源,包括13对复用的连续变量纠缠确定性产生、9组光学轨道角动量复用的三组份纠缠的制备、基于66个光学轨道角动量模式的大规模量子网络的实现,以及光学轨道角动量复用纠缠源的最新应用,包括利用光学轨道角动量复用的连续变量纠缠实现9通道全光量子隐形传态以及光学轨道角动量复用型量子密集编码。     

X波段下产生涡旋电磁波的阵列天线设计

随着无线通信应用的飞速发展,频谱资源日益紧张,射频频谱资源已日趋香农极限。为解决这个问题,无线通信中引入了携有轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)的涡旋电磁波,以有效提高频谱利用率。微带天线阵技术是产生涡旋电磁波常用的方法之一,以同轴馈电的矩形微带天线为阵元,设计了阵元数目分别为6,8,12的3种环形阵列天线,来产生携带有轨道角动量的涡旋电磁波。分析了不同轨道角动量模式数下,涡旋电磁波辐射能量和最大增益辐射角度变化情况。利用Ansoft HFSS仿真软件,在中心频率10 GHz处,比较了阵元数目对电磁波的涡旋特性影响。仿真结果表明,更多数量的天线阵列产生的涡旋电磁波涡旋性能更好。     

轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤

设计了一种新型轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤,包层为排列有序的矩形空气孔围绕纤芯呈圆形排列,纤芯为大的空气孔,中间环形高折射率区为光子轨道角动量传输区。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件进行仿真分析,对光子轨道角动量模式在光纤中的传输特性进行了详细讨论。结果表明,该结构可实现1.2~2.0 m波段50个轨道角动量模式的有效分离和稳定传输,简并模式的有效折射率差大于10-4,保证了每个模式的稳定传输;限制损耗仅为10-9 dBm-1,非线性系数低至0.833 km-1W-1。该光纤可以应用于模分复用系统,将大大提高通信系统容量和频谱效率。     

Terahertz Orbital Angular Momentum: Generation,Detection and Communication

To accommodate the ever-increasing wireless capacity,the terahertz (THz) orbital angular momentum (OAM) beam that combines THz radiation and OAM technologies ha...     

电磁涡旋及其在无线通信中的应用

随着移动数据需求的飞速增长,频谱资源紧缺的问题已成为限制无线通信产业发展的瓶颈。电磁涡旋作为一项新的传输技术,引入轨道角动量这一新的复用维度,可以实现在同一频带同时传输多路信息,有望极大地提高通信系统的容量,有效解决频率资源短缺的问题。详细分析了电磁涡旋的结构和性质,概述了电磁涡旋的国内外研究进展,阐述了电磁涡旋的产生与接收方法及复用技术原理,指出了电磁涡旋面临的挑战与后续研究建议。     

光子轨道角动量在量子通信中应用的研究进展

轨道角动量是光子的量子态,具有轨道角动量的光束在光通信等领域中得到了广泛的应用,是目前国内外研究的热点方向之一,特别是轨道角动量可作为自由空间量子信息物理载体的重要选择,这将对量子通信领域带来重要的影响。介绍了光子轨道角动量的定义、产生,简要列举当前的相位、偏振编码经典的两类量子密码通信方案以作对照,以提出的光子轨道角动量密码通信方案为例,着重介绍了光子轨道角动量在量子通信中的应用研究及展望。     

激光轨道角动量态的湍流倾斜、像散和慧差效应

为了分析斜程大气信道中湍流像差对激光束轨道角动量态的作用,数值研究了湍流z-倾斜像差、湍流像散和湍流慧差对激光束轨道角动量态测量概率的影响,得出了此3种湍流像差随折射率结构常数、传输距离和天顶角起伏影响光束轨道角动量态测量概率的规律。结果表明,随着地面湍流强度增强、信道长度增长和天顶角的增大,湍流z-倾斜像差使激光束原轨道角动量态的测得概率进一步降低,湍流慧差仅在天顶角增大时才出现激光束原轨道角动量态的测得概率进一步降低现象,湍流像散对激光束原轨道角动量态测得概率的影响随此3参量变化时基本不变。     

Research on orbital angular momentum communication technology

As the good orthogonality between the different modes of orbital angular momentum (OAM),the application of OAM technology in wireless communication has gained increasing popularity in recent years with great potential for capacity improvement.OAM-based wireless communication technology can effectively improve spectrum utilization,but also brings some challenges.Firstly,the research status and progress of OAM technology in the field of wireless communication were introduced and the relationship between OAM and MIMO technology was compared and analyzed combined with the basic principle of OAM.Moreover,the dispute “Does OAM provides a new dimension?” was concluded.Then,the generation and reception methods of OAM were summarized.The key techniques and application fields were overviewed.Finally,the challenges of the technology in practical application were analyzed and the future development trends and follow-up research directions were point out,which would provide a reference and help for the research in this field.     

非共轴OAM通信系统的波束管理研究

轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）作为一种新的调制自由度,能大幅度提高无线通信的频谱利用率。而基于均匀圆阵列（uniform circular array,UCA）的OAM通信系统要求收发端阵列静止并且完美对准,导致OAM难以实际应用。提出了基于OAM的波束管理,通过收发端波束扫描,确定最佳收发波束匹配,利用匹配波束通信。仿真结果证明该方案能有效解决由收发端阵列非共轴带来的系统性能下降问题。