基于元表面的平衡注入同步机制用于湍流鲁棒的长距离混沌自由空间链路
光学
2026-01-27 v1 混沌动力学
摘要
耦合非线性激光器之间的光学混沌同步是大多数混沌应用(包括复杂激光网络动力学、安全通信、密钥分配和强化学习)的基础。然而，在自由空间链路中，混沌同步对由大气湍流引起的随机波动极其脆弱，这会导致对称接收器之间的注入不平衡，从而触发间歇性失同步。为了解决这一局限，我们引入一种基于全 Poincar\'e 向量光束的平衡注入同步(BIS)机制，该机制通过互补的元表面对，被动地减缓耦合波动并保持注入对称性，无需任何信道估计或主动控制。在经由中等强度湍流的3.2公里城市链路下，BIS将耦合功率波动抑制约4.6倍(从0.4511降至0.0975)。它消除了失同步事件，将高质量同步概率从58.6%提高至91.0%。这实现了最高可达720 Gbps \cdot km的比特率-距离积，较高斯光束传输方式将通信中断概率降低最高可达77%。我们创新的策略桥接了纳米光子学与工程光学，为在湍流环境下推进下一代LiDAR、安全通信和集成感知-通信系统提供了新视角。
引用
@article{arxiv.2601.17701,
title = {Metasurface-assisted balanced-injection synchronization for turbulence-resilient long-haul chaotic free-space link},
author = {Yiqun Zhang and Mingfeng Xu and Ning Jiang and Mengjie Zhou and Yuhan Zheng and Sichao Chen and Jiazheng Ding and Shuangcheng Chen and Yong Yu and Xianglei Yan and Fei Zhang and Yinghui Guo and Mingbo Pu and Kun Qiu and Xiangang Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.17701},
year = {2026}
}