多渦旋激光器實現(xiàn)空間和時間編碼通信

  上海交通大學謝國強教授研究團隊與華中科技大學王健教授研究團隊合作，首次實現(xiàn)激光器同時產(chǎn)生多個光學渦旋態(tài)，且每個光學渦旋態(tài)通過自鎖模各自攜帶高重頻的皮秒脈沖;利用該多渦旋激光器獨特的時空特性，成功演示了多渦旋態(tài)激光的時空編碼與信息傳輸。相關(guān)工作以“multi-vortex laser enabling spatial and temporal encoding”為題2020年5月15日發(fā)表于PhotoniX。上海交通大學喬楨和華中科技大學萬鎮(zhèn)宇為論文共同第一作者，上海交通大學謝國強和華中科技大學王健為論文共同通信作者。

  渦旋光束為光通信增加了空間這一新維度，可大幅提升通信容量，成為下一代光通信的有力候選。然而，現(xiàn)有的渦旋光通信演示主要基于腔外位相元件調(diào)制方法產(chǎn)生多路渦旋光束，然后通過復雜的多路合束系統(tǒng)合束后進行數(shù)據(jù)傳輸，這使得光渦旋通信系統(tǒng)冗雜而龐大，限制了光渦旋通信的實際應(yīng)用。因此，研制可替代傳統(tǒng)多渦旋產(chǎn)生方法的多渦旋激光源對于未來光渦旋通信的發(fā)展具有重要意義。

  課題組提出多渦旋振蕩閾值極值分析法(MOTMA)，為多渦旋激光器腔鏡設(shè)計出特定的空間損耗調(diào)制圖案。通過計算機控制將設(shè)計的圖案打印在激光腔鏡上，從激光器中同時實現(xiàn)了四種渦旋態(tài)的激光束輸出(圖1)。輸出的四種渦旋態(tài)通過自鎖模技術(shù)，各自輸出高達GHz水平的高重頻皮秒脈沖。利用該多渦旋態(tài)激光器獨特的時空特性，課題組演示了直接的十六進制空間編碼和時分復用，實現(xiàn)了“零誤碼率”的信息傳輸(圖2)。研究工作首次演示了全新的多渦旋態(tài)“時空激光源”，展示了在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

  圖1 多渦旋激光器的設(shè)計以及多渦旋光束產(chǎn)生。a, 多渦旋激光器示意圖;b，多渦旋振蕩閾值極值分析法設(shè)計實例;c, 輸出耦合鏡表面打印的圖案;d,產(chǎn)生的多渦旋光束的光斑圖樣;e, 各個渦旋態(tài)的鎖模脈沖序列。

  圖2 多渦旋激光器的空間與時間編碼。a, 多渦旋激光器信息傳輸示意圖;b，多渦旋光束十六進制編碼;c，渦旋光束的時間編碼;d，渦旋光束的時分復用。

  撰稿人 | 謝國強

  論文題目 | 多渦旋激光器實現(xiàn)空間和時間編碼通信（Multi-vortex laser enabling spatial and temporal encoding）

  作者 | 喬楨，萬鎮(zhèn)宇，謝國強*，王健*，錢列加，范滇元

  論文鏈接：https://photonix.springeropen.com/articles/10.1186/s43074-020-00013-x