从古时的人烟台到现代化的动静高速公途，光的强度、频率、偏振、相位等多个物理维度不息被开拓作为讯歇通道，鼓励通信容量的一次次高出式抬高。

　　面向 5G、6G 通信手艺革命，近年来将就光场空间结构的诱导，为应对无至极增加的通信带宽需要供给了新想谈：经验大批孑立、正交的空间模式举行通信搜集扩容。此中，引导光学轨说角动量（OAM）的涡旋光带来了最大的想象空间：理论上没合系提供无限多的正交讯休通讲，从而撑持无限大的数据量。

　　但是，当前绝大遍及的涡旋光通信安排树模搜索中，涡旋光的通讲数被苛重限定在 20 个以内。这源于涡旋光的一大瓶颈题目：守旧涡旋光的发散角随着通谈数的补偿（阶数补充）而赶紧飞扬，意味着接受端的光学口径急剧增添，例如第 99 阶模式所需授与面积为第 1 阶的 50 倍（如图1所示），奉陪而来的界限、造价上的飞涨都是本质通信系统难以经受的，是以极大地范围了涡旋光对通信带宽的实际提高效率。

　　该模式族具有发散角的 20 浸简并性子，即多达 20 个正交模式共享同一个发散角（见图2c插图映现的 20 个图样），使得前 100 阶模式的发散角仅改变 18%（当作比照，守旧涡旋光转嫁 900%，如图2c所示），从而将自由光通信可复用的空间通讲数一举抬高了 2 个数量级（如图2d所示）。

　　图2：”超自由度”组织光示阴谋：（a）三个寡少自由度；（b）正交性阐发；(c) 与古板模式的发散角比照（前100阶）；(d) 与古板模式的最大传输信讲数目对比（体例领域越大，优势越鲜明）。

　　物色者初度验证了多个自由度当作消休传输通说的只身、正交性（图2b），并治理了“超自由度”结构光的高效模式甄别、高维音书解码的合用化穷困。

　　同时，追求者还戳穿了新型载波在发散简并之外的另一个越过优势——大幅度压迫两类误码：

　　图3：新型机关光保持光强的中央对称性，显着胁制中央偏移导致的误码（与传统涡旋光比照）

　　图4：新型结构光（三自由度）与古板涡旋光（阶数隔离永诀为1,2,3）的误码率比照：(a)中心偏移导致误码；（b）布景噪声导致误码

　　图5：新型结构光（三自由度）与传统涡旋光（阶数决绝永别为1,2,3）的图像传输原料对比（绿色为失真像素，ER为误码率）

　　本文针对涡旋光通信操作的痛点，提出了多重发散简并的光通信载波技艺，可与偏振复用、波分复用等现有手艺兼容，

　　同时，该探索思途可推广到其全班人楷模的波-迹组织光、涡旋光模式族，解锁更为雄厚的空间自由度，完成更多沉的发散简并，

　　此外，新型光束多自由度之间的内禀不可分性，或将在量子通信、量子猜想等界限赢得新的突破。

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