2016年12月，清華大學航天航空學院航空宇航電子系實驗室完成世界首次軌道角動量（OAM）電磁波27.5公里長距離傳輸實驗。

電磁波軌道角動量被稱為區別于傳統電磁波（僅接收電場強度）的新維度。應用于通信、導航和雷達，不僅可以大幅提高通信傳輸容量，而且可以提高導航精度和雷達探測精度，是電磁波傳輸未來發展的重要方向。

由于軌道角動量電磁波的發散特性，長距離傳輸是其實用化過程中必須攻克的首要難點。由于普通電磁波（頻率低于300GHz）的頻率低于光波，其長距離傳輸更加困難。據文獻報道，目前國外自由空間光傳輸最高紀錄已經達到143公里（奧地利），但電磁波OAM傳輸實驗最高記錄為442米（2.4GHz，意大利）。

清華大學航電實驗室經過3年時間潛心研究，突破了長距離傳輸的理論和關鍵技術。在2016年先后成功完成1公里傳輸（昌平虎峪）、7.3公里傳輸（清華大學至百望山）、13.6公里傳輸（清華大學至香山），以及此次的27.5公里傳輸（10GHz，清華大學至千靈山）。近30公里OAM電磁波長距離傳輸實驗成功不僅標志著我國在該領域的研究水平已經躍居國際前列，自主創新成果達到世界領先，占領了學術制高點，而且為我國未來長距離OAM電磁波空間傳輸實驗（100公里至40萬公里）奠定了關鍵理論和技術基礎，或將開創我國在國際上該領域研究發展的新局面。

什么是軌道角動量電磁波？

電磁波理論表明，電磁波除了動量外，還有角動量，而且角動量又分為自旋角動量和軌道角動量。如果拿地球自轉和公轉打比方，則地球自轉形成自旋角動量，沿著公轉軌道形成的角動量就是軌道角動量。軌道角動量電磁波顧名思義就是具有“非零”軌道角動量的電磁波（普通平面電磁波軌道角動量為零），這種電磁波具有螺旋相位面（如下圖所示），因此也稱為“渦旋電磁波”。由于同頻率電磁波擁有不同軌道角動量則可以正交傳輸，互不干擾，因此可以作為新的維度空間增加信道容量，大幅提高電磁波攜帶信息的能力。

來源：清華大學航空宇航電子系統實驗室