近年來，光學軌道角動量（Orbital Angular Momentum, OAM）被廣泛應用于經(jīng)典通信和量子通信。光學軌道角動量在理論上提供了無窮多維度的正交基，可用于信息編碼，基于OAM復用技術(shù)的光通信可提升通信速率。然而，在無線光通信中，當攜帶OAM的光束在空間中傳輸時，易受大氣湍流、霧霾或空氣中塵埃的影響，微粒的多重散射嚴重降低光束質(zhì)量，導致接收端的光束成為隨機散斑，這增加了通信的誤碼率。因此，在強散射條件下解決光信息的精確傳輸和恢復，對于光通信的研究和應用具有重要意義。

近日，中國科學技術(shù)大學物理學院李銀妹、黃坤課題組在強散射環(huán)境下OAM光通信的研究中取得新進展。李銀妹團隊在克服生物組織強散射實現(xiàn)活體細胞光操控的研究基礎(chǔ)上，龔雷特任副研究員與黃坤研究員合作將復雜介質(zhì)光場調(diào)控技術(shù)應用于OAM光通信，實現(xiàn)了在強散射環(huán)境下的高質(zhì)量光通信，研究成果以“Optical orbital-angular-momentum-multiplexed data transmission under high scattering”為題于2019年3月6日在線發(fā)表于自然出版集團旗下《Light Science & Application》雜志上。

圖1. SMART實現(xiàn)強散射環(huán)境下疊加OAM光信息傳輸?shù)氖疽鈭D

在此項工作中，研究人員提出了一種基于散射矩陣的信息恢復技術(shù)（scattering matrix-assisted retrieval technique)，簡稱SMART。利用該SMART平臺，該團隊從多次散射的光場中精確地提取了多個OAM信道上的信息。在光學傳輸實驗中，該團隊利用8和24個信道分別實現(xiàn)了灰度圖和彩色圖的精確傳輸，實驗誤碼率低于0.08%，比之前的報道降低了20倍。本研究提出的SMART為散射環(huán)境下的自由空間光通信、光纖通信和量子通信提供了有效技術(shù)手段。

論文的共同第一作者為龔雷特任副研究員和博士生趙倩，通訊作者為李銀妹教授、龔雷特任副研究員和黃坤研究員。上述研究得到了國家自然科學基金委面上項目和重點項目的支持。