中国科大在强散射环境OAM光通信研究中取得进展

近年来，光学轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）被广泛应用于经典通信和量子通信。光学轨道角动量在理论上提供了无穷多维度的正交基，可用于信息编码，基于OAM复用技术的光通信可提升通信速率。然而，在无线光通信中，当携带OAM的光束在空间中传输时，易受大气湍流、雾霾或空气中尘埃的影响，微粒的多重散射严重降低光束质量，导致接收端的光束成为随机散斑，这增加了通信的误码率。因此，在强散射条件下解决光信息的精确传输和恢复，对于光通信的研究和应用具有重要意义。

近日，中国科学技术大学物理学院李银妹、黄坤课题组在强散射环境下OAM光通信的研究中取得新进展。李银妹团队在克服生物组织强散射实现活体细胞光操控的研究基础上，特任副研究员龚雷与研究员黄坤合作将复杂介质光场调控技术应用于OAM光通信，实现了在强散射环境下的高质量光通信，研究成果以Optical orbital-angular-momentum-multiplexed data transmission under high scattering 为题于3月6日在线发表于自然出版集团旗下Light Science & Application 杂志上。

在此项工作中，研究人员提出了一种基于散射矩阵的信息恢复技术（scattering matrix-assisted retrieval technique)，简称SMART。利用该SMART平台，该团队从多次散射的光场中精确地提取了多个OAM信道上的信息。在光学传输实验中，该团队利用8和24个信道分别实现了灰度图和彩色图的精确传输，实验误码率低于0.08%，比之前的报道降低了20倍。该研究提出的SMART为散射环境下的自由空间光通信、光纤通信和量子通信提供了有效技术手段。

SMART实现强散射环境下叠加OAM光信息传输的示意图

论文的共同第一作者为龚雷和博士生赵倩，通讯作者为李银妹、龚雷和黄坤。上述研究得到国家自然科学基金委面上项目和重点项目的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41377-019-0140-3