隨著信息時代的飛速發(fā)展，人們對通信容量的需求急劇增長，現有光纖通信系統已經不能滿足人們的需求。為了解決通信容量危機，新技術不斷涌現。其中，光纖軌道角動量（OrbitalAngularMomentum,OAM）光通信為此提供了一條潛在解決途徑。
武漢光電國家實驗室王健教授領導的多維光子學實驗室（MDPL：Multi-DimensionalPhotonicsLaboratory）在光纖OAM通信方面開展了廣泛研究，并取得了一系列進展。
為了實現高速、大容量、高頻譜效率、穩(wěn)定的OAM傳輸，王健團隊設計了多種新型的OAM光纖結構。首先，在王健教授指導下，博士生李樹輝設計了支持OAM復用傳輸的多環(huán)多OAM光纖結構，該結構為實現Pbit/s量級的OAM復用提供了可能。相關研究成果以論文“Acompacttrench-assistedmulti-orbital-angular-momentummulti-ringfiberforultrahigh-densityspace-divisionmultiplexing(19rings×22modes)”發(fā)表在ScientificReports上。此外，博士生李樹輝還設計了支持OAM傳輸的超模軌道角動量光纖結構，此結構可以增大OAM模式的有效模式面積、降低光纖非線性，為長距離大功率傳輸OAM模式提供了一個新選擇。該工作以論文“Supermodefiberfororbitalangularmomentum(OAM)transmission”發(fā)表在OpticsExpress上。
圖1(a)多環(huán)多OAM光纖結構(b)超模OAM光纖結構
同時，在光纖OAM復用傳輸實驗上，王健教授團隊也取得了一定進展。在王教授指導下，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空分復用和時分復用結合的混合無源光網絡。這項技術有望在將來大容量無源光網絡中得到應用。相關成果以論文“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空分復用和時分復用結合的混合無源光網絡
OAM模式轉換器是OAM光通信系統中的關鍵組成部分，王健教授團隊在深入分析光纖OAM模式特點的基礎上提出了兩種新型OAM模式轉換器。首先，在王健教授指導下，博士生方良提出了基于螺旋光柵的新型OAM模式轉換器，該器件可以靈活的實現OAM模式的產生、轉換、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模式轉換器。該器件可以實現入射高斯模式到OAM模式或LP模式的選擇性激發(fā)，且具有操作靈活、結構簡單、價格低廉等優(yōu)勢。相關研究成果以論文“Controllableall-fiberorbitalangularmomentummodeconverter,”發(fā)表在OpticsLetters上。此工作發(fā)表后，引起了廣泛關注、入選當月官網熱點下載Top10(排名第二)。
圖3(a)螺旋光柵結構(b)全光纖OAM模式轉換器
