研究前沿丨涡旋光束的产生、传输、检测及应用

2018 年 12 月 14 日 科学出版社

无线光通信，即自由空间光(free-space optical, FSO)通信是一种以激光为载体，可进行数据、语音及图像等信息传递的技术。而互联网产业的迅速发展对通信行业提出了更高的要求，高速率是未来通信行业发展的必然趋势。随着海量数据传输、云计算、人工智能等新兴领域的出现，传统的通信方式所提供的信道容量具有了很大的局限性。为了提高通信系统的信道容量，携带轨道角动量(orbital angular momentum, OAM)的涡旋光束以一种新的复用方式出现，从根源上可解决复用通信中的速率和信道容量问题。

轨道角动量复用通信系统

为了实现轨道角动量复用通信，需要实现对相应关键技术的突破：携带OAM高质量涡旋光束的产生、信道编码与调制、自由空间传输特性以及接收端光束的分离和检测等。将涡旋光束的OAM复用技术引入到无线光通信中来，可与MIMO技术进行有机融合，通过对OAM叠加态信息的编码与调制、抑制大气湍流引起的不同OAM之间的串扰，继而有效地提高无线光通信传输速率和信道容量。

轨道角动量复用通信系统模型

作者简介

柯熙政

柯熙政，理学博士，二级教授，西安理工大学信息与通信学科负责人，陕西省教学名师。陕西省学位委员会学科评议组成员，国家奖励评审专家。IEEE会员，中国电子学会高级会员，中国仪器仪表学会高级会员，陕西省光学会理事，担任多家学术期刊编委。

1983年在陕西工学院获得学士学位，1996年在中国科学院大学获得理学博士学位。1997年到2002年先后在西安电子科技大学和第二炮兵工程学院进行博士后研究。2000年获得中国科学院优秀青年学者奖。2018年获得产学研合作创新个人奖。

2000年以来获得省部级科技奖励10余项，其中一等奖1项，二等奖4项。获得国家授权发明专利20多项，在科学出版社出版专著7部，在国内外期刊发表学术论文350多篇，百度学术论文引用H指数25、G指数42。已经培养博士后、博士以及硕士120多名。曾主持和参加军队武器装备重大演示验证项目、国家自然科学基金几十项，主要研究方向为无线激光通信理论与技术。

内容简介

《涡旋光束的产生、传输、检测及应用》主要围绕轨道角动量复用通信的关键技术：涡旋光束的产生、传输、检测及应用进行介绍。对一系列产生涡旋光束的方法进行了详细地描述和对比；以拉盖尔-高斯光束和贝塞尔-高斯光束为例，介绍它们在大气湍流中的传输特性；利用涡旋光束的叠加态、干涉、衍射及光栅，可实现涡旋光束拓扑荷数的检测；介绍涡旋光束的在光通信中的应用。

本书可作为高等院校通信、光学等相关专业高年级本科生、研究生的教学用书，也可作为研究人员和工程技术人员的参考用书。

章节介绍

《涡旋光束的产生、传输、检测及应用》按照携带轨道角动量涡旋光束的产生、传输、检测以及在无线光通信中的应用依次展开，试图对轨道角动量复用通信系统中的关键技术问题和涡旋光束物理层面的基础科学问题进行全面探讨。

第一部分包括第1~4 章，介绍携带轨道角动量涡旋光束的产生，对一系列产生涡旋光束的方法进行详细的描述。第1 章对现有的产生涡旋光束的方法进行对比分析。第2 章和第3 章分别介绍涡旋光束的空间产生法和光纤产生法。第4 章介绍高阶径向指数拉盖尔-高斯光束的叠加特性。

空间光调制器法和光纤法产生涡旋光束

第二部分包括第5~7 章，对涡旋光束的传输特性进行介绍，主要以拉盖尔-高斯光束和贝塞尔-高斯光束为主，介绍它们在大气湍流中的传输特性。第5 章分析大气湍流和光源参数对光束的光强分布及螺旋谱特性的影响。第6 章利用自适应光学校正技术对涡旋光束的相位畸变进行研究。第7 章介绍大气湍流环境下轨道角动量复用涡旋光束的串扰特性。