自由空间光通信已经在各个无线通信领域有了飞速的发展，比如卫星通讯、移动和固定终端的互联、室内通信系统等。光波的振幅、相位、偏振、波长和时间维度已经被广泛利用来提高光通信容量。除了这些传统的复用技术，空分复用（SDM）技术利用光波的空间自由度来提高通信容量最近正越来越多受到广泛关注。

武汉光电国家实验室王健教授领导的多维光子学实验室（MDPL：Multi-Dimensional Photonics Laboratory）利用轨道角动量（OAM）光束和矢量光束开展了SDM以及编解码的相关研究并取得了一系列进展。

（1）博士生杜竫利用贝塞尔光束的OAM拓扑电荷数实现了可见光波段的12米距离贝塞尔光束多进制编码/解码。由于贝塞尔光束的无衍射特性，这种编码解码技术能抵抗路径遮挡物的影响。该工作发表在Optics Letters （vol. 40, no. 21,pp. 4827-4830, 2015）上。

（2）硕士生赵一凡利用矢量光的不同空间偏振态实现了多进制编码/解码。通过一个空间光调制器加载不同的相位信息，16种不同态的矢量光束被产生出来并代表16进制数。实验还研究了这种编码解码的误码率并展示了其低误码率的传输特性。该工作发表在Optics Letters（vol. 40, no. 21,pp. 4843-4846, 2015）上。

（3）博士生朱龙通过使用一种特殊设计的相位图实验实现了从单个高斯光束模式到多个贝塞尔光束模式的数据广播并验证了这种自由空间广播抵抗路径遮挡物的影响。实验还研究了20 Gbit/s QPSK 信号通过这种广播系统的误码率特性。该工作发表在Optics Letters（vol. 40, no. 23, pp. 5463-5466, 2015）上。

这些研究得到了国家973计划课题（2014CB340004）、国家自然科学基金(11274131, 11574001, 61222502)、新世纪优秀人才计划(NCET-11-0182)和武汉科技计划项目(2014070404010201)等项目资助。

图1 16和32进制贝塞尔光束编码解码

图2 利用矢量光编码解码传输图片

图3从单个高斯光束模式到多个贝塞尔光束模式的数据广播示意图

文章链接：

[1] Jing Du and Jian Wang*, "High-dimensional structured light coding/decoding for free-space optical communications free of obstructions," Opt. Lett. 40, 4827-4830 (2015).

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-40-21-4827

[2] Yifan Zhao and Jian Wang*, "High-base vector beam encoding/decoding for visible-light communications," Opt. Lett.40, 4843-4846 (2015).

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-40-21-4843

[3] Long Zhu and Jian Wang*, "Demonstration of obstruction-free data-carrying N-fold Bessel modes multicasting from a single Gaussian mode," Opt. Lett. 40, 5463-5466 (2015).
https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-40-23-5463