利用湍流弹性矢量光束的无补偿大容量自由空间光通信
光学
2019-10-15 v1 大气与海洋物理
摘要
自由空间光通信是一种有前景的手段,可为许多关键的点对点应用建立多功能、安全和高带宽的通信。虽然光的空间模式提供了增加光链路信息容量的额外自由度,但大气湍流会对空间模式引入严重畸变并导致数据退化。在此,我们提出并演示了一种基于矢量光束、对湍流有弹性的通信协议,即空间偏振差分相移键控(SPDPSK),其可利用光的正交空间偏振态编码大量信息电平。我们通过实验表明,矢量模式的空间偏振分布在大气湍流下具有弹性,因此可经由浑浊信道可靠传输高维信息,而无需任何用于光束补偿的自适应光学器件。我们构建了一个带有可控湍流单元的原理验证实验。使用 34 个矢量模式,我们测得在闪烁指数大于 1 的湍流信道中信道容量为每脉冲 4.84 比特(对应数据误码率 4.3%)。我们的 SPDPSK 协议还可利用 18 个矢量模式在闪烁指数为 1.54 的更强湍流中有效传输每脉冲 4.02 比特的信息。我们的研究提供了关于矢量光束空间偏振分布如何抵御大气湍流的直接实验证据,并为在恶劣湍流环境下具有稳健性能的实际大容量自由空间通信方案铺平了道路。
关键词
引用
@article{arxiv.1910.05406,
title = {Compensation-Free High-Capacity Free-Space Optical Communication Using Turbulence-Resilient Vector Beams},
author = {Ziyi Zhu and Molly Janasik and Alexander Fyffe and Darrick Hay and Yiyu Zhou and Brian Kantor and Taylor Winder and Robert W. Boyd and Gerd Leuchs and Zhimin Shi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.05406},
year = {2019}
}