科学家们利用“扭转”光作为无线、大容量数据传输的新形式，在通信领域迈出了重要一步，有望淘汰光纤光学。

　　引自: 格拉斯哥大学

　　《Science Advances》期刊上发表的一篇最新报道中，一个由英国、德国、新西兰和加拿大物理学家组成的科研小组对应用“光学角动量”解决扭转光在开放空间传播难题的最新研究进展进行了描述。

　　科学家们可以通过一种特殊的类似于应用在信用卡中的全息图的方式“扭转”光子(单个光颗粒)，从而使光子具有一个旋转量也就是光学角动量(OAM)。

　　传统的数字通信采用0和1的方式传递信息，而在扭转光子中编码允许他们传递额外的信息——类似于在0和1基础上添加一些字母信息。扭转光子携带附加信息的能力也就意味着光学角动量具有创造更高带宽通信技术的潜能。

　　虽然光学角动量技术已经可以通过电缆对数据进行传输，但是对于科学家门来说在开放空间中进行传输还是一个不小的挑战。单是自由空间中基本的气压变化就会使光线散射就会造成光线自旋信息的丢失。

　　研究人员通过测试城市环境中实际链路上光学角动量的相位和强度所携带光信息的影响，对这些量子信息传输模式的可行性进行了评估。

　　他们在德国埃尔朗根对1600米长的链路进行了测试，该链路经过田野、街道并且靠近高层建筑以尽量精确模拟城市环境和可能影响空间中信息传递的大气扰动，该方法可以说是一个可以推动光学角动量研究的有效方式。

　　这一真实城市环境的实地测试揭示了该系统实现商业化必须克服的新挑战。之前的研究成果表明了光学角动量通信系统的可行性，但是并不能充分说明湍流空气对结构光在这个长度链上传播相位的影响。

　　Martin Lavery博士，格拉斯哥大学结构化光子研究小组的主要负责人，也是该文章的主要作者。他说：“在这样一个全球数据以指数增长的时代里，寻求通信量与全球巨大数据量同步的新的信息携带方式的压力越来越大。”

　　“一个可以在自由空间中进行无线传输的完善、有效的光学角动量通信系统具有改变发展中国家、国防防御系统及世界各城市间网络连接的潜力。”

　　“自由空间光学系统是既可以给我们提供光纤的带宽又不需要物理连接线的一种有潜力的方式。”

　　“这项研究是高维自由空间光学迈向价格更低廉、更方便的替代埋地光纤连接的至关重要的一步。”

　　实验中所采用的大气扰动突出了对于宽带数据传输而言不可或缺的波前相位形状的脆弱性。同时也表明了未来自适应光学亟需面对的挑战。

　　Lavery博士补充到：“在这些发展的基础上，相信通过重新考虑我们的建模方式及对自适应光学系统的要求，我们离光学角动量通信系统在真实城市环境中应用将越来越近。”

　　“我们计划开始讨论需要解决的问题，以及我们将如何制定解决方案。”

　　Lavery博士与来自马克思-普朗克光科学与光学研究所、奥塔哥大学、渥太华大学和罗切斯特大学的学者一起负责该项工作。

　　这些研究结果使研究人员能够应对挑战——以前没有观察到的——开发用于量子信息传输的自适应光学器件，以更接近于自由空间光学的新时代，这将最终取代光纤作为城市环境和遥感系统中的通信功能模式。

　　这篇以"Free-space propagation of high dimensional structured optical fields in an urban environment," 为题的文章发表在期刊《Science Advances》上。

　　来源：中国激光网

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