涡旋电磁波轨道角动量传输的量子电动力学分析 |
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引用本文: | 张超,王元赫.涡旋电磁波轨道角动量传输的量子电动力学分析[J].中国科学:信息科学,2023(3):566-584. |
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作者姓名: | 张超 王元赫 |
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作者单位: | 清华大学航天航空学院航空宇航电子系统实验室 |
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基金项目: | 国家自然科学基金重点项目(批准号:61731011);;广东省重点领域研发计划项目(批准号:2019B010157001)资助; |
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摘 要: | 随着可用频率等无线传输资源逐渐消耗殆尽,基于电磁波轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)新维度的数据传输成为未来无线通信系统潜在核心关键技术.具有OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,具体可分为通过回旋电子辐射生成的涡旋电磁波量子,以及由不同相位的电磁波量子叠加生成的统计态涡旋波束.然而,由于统计态涡旋波束被认为是基于多天线的多输入多输出(multipleinput multiple-output, MIMO)系统的一种在直射信道环境下波束成形的特例,从而对电磁波OAM传输是否具有新维度产生争论.特别是从微观层面到宏观层面,目前缺少相应理论文献和分析方法予以澄清.为解决这个问题,本文提出了一种基于量子电动力学(quantum electro-dynamics, QED)的轨道角动量分析方法,结合统计物理学概念,对涡旋电磁波轨道角动量传输过程进行分析,明确了量子态和统计态的区别.本文的主要创新点包括:(1)提出了一种结合统计物理学的量子电动力学分析方法,建立了电磁波微观状态与宏观状态的桥梁;(2)采用所提方法,对统计态OAM涡旋波束进行了全面分析,并与量子态O...
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关 键 词: | 电磁波 轨道角动量 涡旋波束 量子电动力学 涡旋电磁波量子 微波量子 无线通信 MIMO |
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