随着信息时代的飞速发展，人们对通信容量的需求急剧增长，现有光纤通信系统已经不能满足人们的需求。为了解决通信容量危机，新技术不断涌现。其中，光纤轨道角动量（Orbital Angular Momentum, OAM）光通信为此提供了一条潜在解决途径。

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）在光纤OAM通信方面开展了广泛研究，并取得了一系列进展。

为了实现高速、大容量、高频谱效率、稳定的OAM传输，王健团队设计了多种新型的OAM光纤结构。首先，在王健教授指导下，博士生李树辉设计了支持OAM复用传输的多环多OAM光纤结构，该结构为实现Pbit/s量级的OAM复用提供了可能。相关研究成果以论文“A compact trench-assisted multi-orbital-angular-momentum multi-ring fiber for ultrahigh-density space-division multiplexing (19 rings × 22 modes)”发表在Scientific Reports (Vol. 4, PP. 3853, 2014)上。此外，博士生李树辉还设计了支持OAM传输的超模轨道角动量光纤结构，此结构可以增大OAM模式的有效模式面积、降低光纤非线性，为长距离大功率传输OAM模式提供了一个新选择。该工作以论文“Supermode fiber for orbital angular momentum (OAM) transmission”发表在Optics Express (Vol. 23, PP. 18736-18745, 2015)上。

图1 (a) 多环多OAM光纤结构 (b) 超模OAM光纤结构

同时，在光纤OAM复用传输实验上，王健教授团队也取得了一定进展。在王教授指导下，通过与烽火藤仓科技有限公司合作，博士生王安东、朱龙和刘俊等人成功演示了OAM空分复用和时分复用结合的混合无源光网络。这项技术有望在将来大容量无源光网络中得到应用。相关成果以论文“Demonstration of hybrid orbital angular momentum multiplexing and time-division multiplexing passive optical network”发表在Optics Express (Vol. 23, PP. 29457-29466, 2015)上。博士生王安东、朱龙和刘俊是该论文的共同第一作者。

图2OAM空分复用和时分复用结合的混合无源光网络

OAM模式转换器是OAM光通信系统中的关键组成部分，王健教授团队在深入分析光纤OAM模式特点的基础上提出了两种新型OAM模式转换器。首先，在王健教授指导下，博士生方良提出了基于螺旋光栅的新型OAM模式转换器，该器件可以灵活的实现OAM模式的产生、转换、交换等功能，并以论文“Flexible generation/conversion/exchange of fiber-guided orbital angular momentum modes using helical gratings,”发表在Optics Letters (Vol. 40, PP. 4010-4013, 2015)上。此外，在王健教授指导下，通过与烽火藤仓科技有限公司合作，博士生李树辉成功演示了基于少模光纤的全光纤OAM模式转换器。该器件可以实现入射高斯模式到OAM模式或LP模式的选择性激发，且具有操作灵活、结构简单、价格低廉等优势。相关研究成果以论文“Controllable all-fiber orbital angular momentum mode converter,”发表在Optics Letters (Vol. 40, PP. 4376-4379, 2015)上。此工作发表后，引起了广泛关注、入选当月官网热点下载Top 10(排名第二)。

图3 (a) 螺旋光栅结构 (b) 全光纤OAM模式转换器

以上工作得到了国家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。

文章链接：

[1] Shuhui Li and Jian Wang*, “A compact trench-assisted multi-orbital-angular-momentum multi-ring fiber for ultrahigh-density space-division multiplexing (19 rings × 22 modes),” Scientific Reports, 4, 3853 (2014).

http://www.nature.com/articles/srep03853

[2] Shuhui Li and Jian Wang*, “Supermode fiber for orbital angular momentum (OAM) transmission,” Optics Express 23(14), 18736-18745 (2015).

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-23-14-18736

[3] Andong Wang, Long Zhu, Jun Liu, Cheng Du, Qi Mo, and Jian Wang*, “Demonstration of hybrid orbital angular momentum multiplexing and time-division multiplexing passive optical network,” Optics Express 23(23), 29457-29466 (2015).

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-23-23-29457

[4] Liang Fang and Jian Wang*, “Flexible generation/conversion/exchange of fiber-guided orbital angular momentum modes using helical gratings,” Optics Letters 40(17), 4010-4013 (2015).

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-40-17-4010

[5] Shuhui Li, Qi Mo, Xiao Hu, Cheng Du, and Jian Wang*, “Controllable all-fiber orbital angular momentum mode converter,” Optics Letters 40(18), 4376-4379 (2015).

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-40-18-4376