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。

首先在长距离光纤OAM模式传输的研究中，王健研究团队深入分析了光纤OAM模式传输特性。博士生王安冬利用LDPC纠错编码技术实现了OAM模式在50 km光纤中的有效传输。相关研究成果以论文“Characterization of LDPC-coded orbital angular momentum modes transmission and multiplexing over a 50-km fiber” 发表在Optics Express (Vol. 24, PP. 11716-11726, 2016)。

图1 长距离光纤OAM模式传输示意图

同时，在光纤OAM模式通信研究方面，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，博士生陈诗与刘俊等人使用1.1 km的OAM光纤成功实现了全双工双向OAM模式复用传输。相关成果以论文“Full-duplex bidirectional data transmission link using twisted lights multiplexing over 1.1-km orbital angular momentum fiber” 发表在Scientific Reports (Vol. 6, PP. 38181, 2016)上。此外，博士生朱龙等人利用光纤中支持的OAM模式，在1.1 km光纤中，实现了模式编码图像信息传输。相关成果以论文“Encoding/decoding using superpositions of spatial modes for image transfer in km-scale few-mode fiber” 发表在Optics Express (Vol. 24, PP. 16934-16944, 2016)上。另外，通过与英国格拉斯哥大学，烽火科技合作，博士生刘俊等人利用集成OAM发射器将携带模拟信号的OAM模式耦合进入3.6 km的少模光纤中传输，并评估了该通信系统的性能。相关研究成果以论文“Performance evaluation of analog signal transmission in an integrated optical vortex emitter to 3.6-km few-mode fiber system，”发表在Optics Letters (Vol. 41, PP. 1969, 2016)上。

图2光纤全双工双向OAM模式复用传输原理

图3 利用模式编码技术实现图片传输的原理概念图

图4 模拟信号在集成光涡旋发射器与少模光纤构成的传输系统中传输的实验装置图。

在光纤OAM通信中，OAM模式产生及转换也有着重要的作用。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OAM模式转换技术。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 “Mode Conversion and Orbital Angular Momentum Transfer Among Multiple Modes by Helical Gratings,” IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS (Vol. 52, 6600306, 2016)上。此外，在王健教授指导下，博士生刘俊成功演示了基于少模光纤中模式转换通信传输。相关研究成果以论文“All fiber pre- and post-data exchange in km-scale fiber-based twisted lights multiplexing,”发表在Optics Letters (Vol. 41, PP. 3896-3899, 2016)上。

图5 (a) 螺旋光栅结构 (b) 全光纤OAM模式转换示意图

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] Andong Wang, Long Zhu, Shi Chen, Cheng Du, Qi Mo, and Jian Wang*, “Characterization of LDPC-coded orbital angular momentum modes transmission and multiplexing over a 50-km fiber,” Optics Express 24(11), 11716-11726 (2016).

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-24-11-11716

[2] Shi Chen, Jun Liu, Yifan Zhao, Long Zhu, Andong Wang, Shuhui Li, Jing Du, Cheng Du, Qi Mo and Jian Wang*, “Full-duplex bidirectional data transmission link using twisted lights multiplexing over 1.1-km orbital angular momentum fiber,” Scientific Reports 6, 38181 (2016).

http://www.nature.com/articles/srep38181

[3] Long Zhu, Jun Liu, Qi Mo, Cheng Du, and Jian Wang, “Encoding/decoding using superpositions of spatial modes for image transfer in km-scale few-mode fiber,” Optics Express 24(15), 16934-16944 (2016).

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-24-15-16934

[4] Jun Liu, Shimao Li, Jing Du, Charalambos Klitis, Cheng Du, Qi Mo, Marc Sorel, Siyuan Yu, Xinlun Cai, and Jian Wang*, “Performance evaluation of analog signal transmission in an integrated optical vortex emitter to 3.6-km few-mode fiber system,” Optics Letters 41(9), 1969-1972 (2016).

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-41-9-1969

[5] Liang Fang and Jian Wang*, “Mode conversion and orbital angular momentum transfer among multiple modes by helical gratings,” IEEE Journal of Quantum Electronics, 52(8), 6600306 2016.

http://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7491350/

[6] Jun Liu, Long Zhu, Andong Wang, Shuhui Li, Shi Chen, Cheng Du, Qi Mo, and Jian Wang*, “All fiber pre- and post-data exchange in km-scale fiber-based twisted lights multiplexing,” Opt. Lett. 41(16), 3896 (2016).

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-41-16-3896