Topological lasers generating and multiplexing topological light
漩涡是能量漩涡中心的拓扑稳定奇点。光学涡旋通常使用衍射光学器件或通过定制的光学元件形成。报道了室温集成激光器直接产生和复用携带任意大轨道角动量（OAM）的相干光束。OAM光束是使用由拓扑上不同的光子材料之间的圆形边界形成的二维拓扑环创建的，这些光子材料自然地辐射第三维中的涡旋。我们还演示了平面复用的OAM光束使用同心激光器。我们的实验演示揭示了拓扑物质和拓扑光之间的微妙联系，并为显微镜，计量学，高容量通信和量子信息处理提供了机会。
2019-04-26 physics.optics
Experimental near field OAM-based communication with circular patch array
介绍了一种基于轨道角动量（OAM）复用的近程实验通信系统。我们的特点圆形阵列的贴片天线，旨在发送和接收OAM电磁场，报告新的结果，基于这种天线的通信链路。我们还通过实验研究了天线对未对准误差（角度倾斜和横向偏移）的容忍度，在此范围内可以有效地利用OAM复用。从这些结果出发，我们最后提出了一个应用程序，以短距离通信的OAM为基础的系统，可以导致一个高层次的信息交换的安全性。
2015-07-24 physics.optics
Polarized deep diffractive neural network for classification, generation, multiplexing and de-multiplexing of orbital angular momentum modes
Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）；Tianjin University（天津大学）；Beijing Normal University（北京师范大学）；Hebei University of Technology（河北工业大学）
轨道角动量（OAM）光束的复用与解复用是光通信中的关键问题。已经引入光学衍射神经网络来执行OAM光束的分类、产生、复用和解复用。然而，传统的衍射神经网络不能处理具有变化的偏振方向的空间分布的OAM模式。本文提出了一种基于矩形微结构超材料概念设计的偏振光学深度衍射神经网络。对所提出的偏振光学衍射神经网络进行了训练，实现了偏振OAM光束的分类、产生、复用和解复用，仿真结果表明，该网络框架能够成功地对14种正交偏振涡旋光束进行分类，并分别在2、3、4个空间位置将混合OAM光束解复用为高斯光束.对总强度相同的6束偏振OAM光束和8束拓扑电荷不同的柱面矢量光束也进行了有效分类。实验结果表明，该网络可以产生高质量的混合OAM光束，并将两束偏振线光束复用为8种柱面矢量光束。
2022-03-30 cs.LG physics.optics
Compact orbital-angular-momentum multiplexing via laser-written glass chips
本研究利用激光写入玻璃芯片实现紧凑型OAM复用与解复用，兼容光纤通信，为光通信容量提升提供新途径。
2025-03-31 physics.app-ph physics.optics
Channel Multiplexing in Wireless Terahertz Communications Using Orbital Angular Momentum States
我们目前的设计和实验验证的系统产生的轨道角动量（OAM）状态使用3D打印的低损耗超材料相位板的应用在太赫兹（THz）无线通信。通过方位角地改变相位板内的孔图案密度，局部有效折射率被改变，因此也改变方位角方向上的局部传播常数。任何拓扑荷的OAM都可以通过简单地改变相位板的厚度来创建。3D打印具有拓扑电荷（m=1）的相位板，并且使用太赫兹时域成像系统来表征太赫兹信号在通过板之后的幅度和相位。最后，我们给出了几种不同OAM状态的复用和解复用的无线太赫兹通信应用的实验装置和理论模拟。
2017-08-26 physics.optics
Parametric amplification of orbital angular momentum beams based on light-acoustic interaction
携带轨道角动量（OAM）的光束的高保真放大对于OAM复用和其他基于OAM的应用是非常关键的。本文首次研究了OAM光束的受激布里渊放大（SBA），分别在共线和非共线坐标系下研究了光-声耦合的能量转换效率和放大信号的相位结构。结果表明，该放大器可以有效地放大OAM信号，且不引入明显的噪声，输出信号的模式与泵浦模式和几何框架无关。同时，通过相干光-声相互作用，将依赖于光学模式和几何坐标系的OAM态加载到声子中，这在OAM复用中具有更为基础的意义和巨大的应用潜力。
2015-08-09 physics.optics
Arbitrary Total Angular Momentum Vectorial Holography Using Bi-Layer Metasurfaces
Department of Materials Science and Engineering, KAIST（韩国科学技术院材料科学与工程系）
本文提出利用双层超材料实现总角动量矢量全息图，通过极化与轨道角动量复用提升全息图像生成能力。
2025-12-05 physics.optics
Comb mode converters based on sampled helical gratings
螺旋光栅（HG）实现了光纤引导的轨道角动量（OAM）模的灵活模式转换。取样反射型全息光栅可以实现梳状光谱OAM模的产生和转换。它们可以用于同时过滤波长和转换模式，因此可以应用于具有波分复用和模分复用的混合复用技术。
2019-12-02 physics.optics
Correlation invariance unlocks robust calibration-free orbital-angular-momentum multiplexing transmission under dynamic scattering scenarios
The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Shenzhen Research Institute, The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学深圳研究院）；College of Information Science and Engineering, Huaqiao University（华侨大学信息科学与工程学院）；Institute of Photonics Technology, Jinan University（暨南大学光子技术研究所）；Photonics Research Institute, Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学光子学研究所）
本文提出相关性不变性方法，实现动态介质中鲁棒的轨道角动量多路复用传输，无需预校准或训练，展示了在静态和动态散射下的高保真传输性能。
2026-04-28 physics.optics
Multiplexing Free-Space Channels using Twisted Light
我们通过实验证明了一种用于复用光的光学状态的干涉协议，该协议有可能成为利用具有轨道角动量（OAM）的光的自由空间通信方案中的标准元素。我们演示了使用不同的源产生的奇数和偶数OAM叠加复用。此外，我们的技术允许一个准备的OAM状态的相干叠加或统计混合。我们采用状态断层扫描来研究该协议的性能，我们证明了大于0.98的重复性。
2015-12-28 physics.optics quant-ph
Divergence-degenerated spatial multiplexing towards ultrahigh capacity, low bit-error-rate optical communications
轨道角动量（OAM）光束的空间模式（解）复用是解决未来带宽问题的有希望的解决方案，但是随着模式阶数的快速增加的发散严重限制了OAM模式的实际可寻址数量。在这里，我们提出了一组多涡旋几何光束（MVGB）作为高维信息载体，凭借三个独立的自由度（DoF），包括中心OAM，子光束OAM和相干态相位。新的模式基组具有高发散简并性，并且在所有空间模式之间具有高度一致的传播行为，能够将可寻址空间通道比OAM基增加两个数量级。实验实现了三自由度MVGB模式的复用（解复用）和基于共轭调制的移键控编/解码，并证明了中心偏移和相干背景噪声引起的超低误码率。我们的工作为下一代大规模密集数据通信提供了有益的基础。
2021-10-17 eess.SP physics.optics
80-Gbit/s 100-m Free-Space Optical Data Transmission Link via a Flying UAV Using Multiplexing of Orbital-Angular-Momentum Beams
我们探索使用轨道角动量（OAM）复用，以增加移动平台的自由空间数据传输的能力，与一个额外的潜在好处，降低数据拦截的概率。具体来说，我们实验证明和表征的OAM复用，自由空间光（FSO）通信链路之间的地面站和移动无人驾驶飞行器（UAV）的性能。我们实现了80 Gbit/s的总容量高达100米的往返链路复用2 OAM波束，每个携带40 Gbit/s的正交相移键控（QPSK）信号。此外，我们还研究了静态、悬停和移动条件下信道损伤的影响，包括：跟踪误差、螺旋桨诱导气流、功率损耗、联运串扰和系统误比特率（BER）。我们发现：（a）当无人机在空中悬停时，期望模式上的功率波动2.1dB，而对另一模式的串扰比期望模式上的功率低-19dB;以及（b）当无人机在空中移动时，期望模式上的功率波动增加到4.3dB，而对另一模式的串扰增加到-10dB。此外，信道串扰随着OAM模式间隔的增加而减小。
2017-08-09 physics.optics
Multiplexing heralded single-photon in orbital angular momentum space
先驱单光子源（HSPS）以其独特的单光子纯度和稳定性成为光子量子信息处理的重要光源。在这里，我们第一次提出了一个理论制度，以提高预示单光子产生的多路复用的自由度的轨道角动量（OAM）的下转换的纠缠光子对从非线性晶体发射。在实验上，通过复用三种OAM模式进行了原理验证实验。我们在单光子速率下实现了47 $\%$的增强。二阶自相关函数$g^{(2)}(0)<0.5$确保了我们的多路复用预示的单光子具有良好的单光子纯度。我们进一步指出，通过在OAM空间中产生高维纠缠态并对其进行高效排序，可以构造出高质量的OAM复用HSPS。我们的方法可以接近一个好的具有确定性的HSPS。
2019-07-02 physics.optics quant-ph
Approaching the Fundamental Limit of Orbital Angular Momentum Multiplexing Through a Hologram Metasurface
建立和接近轨道角动量复用的基本极限是当前多输入多输出研究的必要和日益紧迫的问题。在这项工作中，我们阐述了独立的散射通道（或散射场的自由度）的基本限制，通过角谱分析，结合严格的格林函数方法。散射信道限制对于任意空间模式复用是通用的，其由具有预定义物理尺寸的平面电磁设备（诸如天线、超颖表面等）发射。作为概念的证明，我们从理论上和实验上证明了超表面全息图的极限，该全息图将正交OAM模式转换为在临界分离的角光谱区域散射的平面波模式。特别地，应用极小极大优化算法抑制角频谱混叠，在微波频率下的全波仿真和实验测量中均取得了良好的性能。该工作为OAM复用的工程设计提供了理论上界和相应的实现途径。
2022-01-01 physics.app-ph physics.optics
Communicating Using Spatial Mode Multiplexing: Potentials, Challenges and Perspectives
时间、偏振和波长复用方案已被用于满足传输容量的增长需求。使用空间作为通信系统的新维度最近被建议作为解决未来带宽问题的通用技术。我们回顾了利用空间作为通信应用的额外自由度的潜力，包括自由空间光学、光纤安装、水下无线光链路、片上互连、数据中心室内连接、射频和声学通信。我们专注于轨道角动量（OAM）模式，并同样确定与空间模式和特定的OAM模式在通信中的每个应用程序的挑战。我们进一步讨论了这一新兴技术的前景。最后，我们提供了开放的研究方向，我们讨论了实际部署的OAM通信链路的不同应用。
2019-03-03 cs.IT eess.SP math.IT
Detection of Orbital Angular Momentum Modes via Spiral Phase Plate
本研究分析螺旋相位板作为OAM模式检测器的性能，通过解析和数值方法评估效率、串扰等参数，证明优化传播距离和孔径后可实现精确检测。
2025-02-25 physics.optics
Learning-based multiplexed transmission of scattered twisted light through a kilometer-scale standard multimode fiber
复用多轨道角动量（OAM）光模式具有增加光通信中的数据容量的潜力。然而，这种模式的远距离分布仍然具有挑战性。在光纤通信中，大气湍流和光散射对自由空间传输有很大的影响，而光纤中的模色散引起的波失真使OAM解复用失效。在这里，开发了一种基于深度学习的方法来从分散的OAM信道中恢复数据，而无需测量任何相位信息。在1km长的标准多模光纤上，该方法能够识别不同的OAM模式，在24个分散的OAM信道的并行解复用中，准确率超过99.9%。为了证明传输质量，彩色图像被编码在多路复用的扭曲光和我们的方法实现了解码传输的数据的错误率为0.13%。我们的工作表明，人工智能算法可以受益于OAM复用在商业光纤网络和高性能的光通信在动荡的环境中的使用。
2022-01-17 eess.SP physics.optics
Holographic tool kit for optical communication beyond orbital angular momentum
模分多路复用（MDM）被提出作为解决未来带宽问题的技术，并且已经成功地在自由空间中使用具有轨道角动量（OAM）的空间模式进行了演示。为了进一步提高数据传输速率，需要更多的自由度来形成密集封装的模式空间。在这里，我们超越了OAM，并使用径向和方位角自由度演示了复用和解复用。我们实现这一点与全息的方法，允许超过100个模式被编码在一个单一的全息图，在一个波长独立的方式，在一个很宽的波长范围。我们的研究结果提供了一个新的工具，将被证明是有用的，在实现更高的比特率为下一代光网络。
2016-03-23 physics.optics
Optimal conditions for multiplexing information into ring-core optical fibers
在光通信中，空分复用是一种很有前途的增加光纤网络容量的策略。它依赖于支持多种空间模式传播的现代光纤设计。这些光纤之一，环芯光纤（RCF），能够传播携带轨道角动量（OAM）的模式，并已被证明不仅可以增强经典，而且可以增强量子通信系统。典型地，RCF空间模式被用作使用不同拉盖尔-高斯（LG）光束耦合到光纤中的数据流的正交传输信道。在这里，我们研究的最佳条件，复用信息到环芯光纤在这个方案。我们确定哪些是要考虑的最相关的LG光束，以及如何通过根据光纤参数适当调整光束宽度来最大化它们的耦合效率。我们的研究结果表明，耦合效率取决于OAM值，这可能会限制可实现的传输速率。在这方面，我们表明，LG光束是不是最佳的选择耦合到RCF的信息。相反，另一类承载OAM的光束，即完美涡旋光束，允许这些光纤支持的所有空间模式具有近乎完美的耦合效率。
2021-01-19 eess.SP physics.optics quant-ph
Multiplexing schemes for optical communication through atmospheric turbulence
自由空间光通信中的一个中心问题是如何改善发射机和接收机之间的信息传输。通信信道的容量可以通过使用以下任一项的独立模式的多路复用来增加：（1）MIMO（多输入多输出）方法，其中利用从从发射器阵列到接收器阵列的传递矩阵的奇异值分解获得的模式进行通信，或者（2）OAM（轨道角动量）方法，它使用携带角动量的涡旋光束。在这两种情况下，可用模式的数量受到发射器和接收器的有限孔径以及湍流大气的影响的限制。本文的目标是双重的：首先，我们表明，MIMO和OAM复用方案是密切相关的。具体地，在圆形孔径的情况下，传输矩阵的可用奇异模式基本上与常用的拉盖尔-高斯涡旋光束相同，只要这些涡旋光束具有取决于波长、从发射器到接收器的距离以及它们的孔径的半径比的特定半径。其次，我们将相位屏方法引入随机介质中光束传输的数学框架，研究了大气湍流对通信模式的影响。
2019-12-04 eess.SP physics.optics
Ultrathin Complementary Metasurface for Orbital Angular Momentum Generation at Microwave Frequencies
具有螺旋波阵面的电磁波携带轨道角动量（OAM），其与复电场的方位角相位相关联。OAM是电磁波中的一种新的自由度，在通信系统的信道复用中具有广阔的应用前景。虽然载OAM的电磁波引起了越来越多的关注，但在微波频率下产生OAM的方法仍然面临挑战，例如效率和仿真时间。在这项工作中，通过使用电路理论和等效原理，我们建立了两个简化的模型，一个为单个散射和一个为整个元表面预测其电磁响应。这两种模型大大简化了设计过程，减少了仿真时间。在本文中，我们提出了一种互补的超颖表面，将没有OAM的左手（右手）圆偏振平面波转换为具有任意阶OAM的右手（左手）圆偏振波，并且可以实现高传输效率。
2016-11-09 physics.class-ph physics.optics
Broadband uniform-efficiency OAM-mode detector
针对理想 OAM 模式探测器缺失的问题，本文实验实现一种宽带、均匀效率且无需先验信息的探测器，可在维度达100时以超过98%保真度检测纯态与混态。
2025-02-20 physics.optics quant-ph
Efficient generation and sorting of orbital angular momentum eigenmodes of light by thermally tuned q-plates
我们提出的方法，用于产生和排序特定的轨道角动量（OAM）本征模的光束具有高效率，使用液晶双折射板与单位拓扑电荷，称为\qo{q-plate}。通过调节q板的光学延迟随温度的变化来优化产生效率。从输入TEM $_{00}$光束测量的OAM $m=\pm2$本征模产生效率为97%。实现了两个输入OAM $m=\pm2$本征模的模式分选，效率为81%，串扰比（或串扰）大于4.5：1。
2009-05-05 physics.optics
Multiplexing scheme for simplified entanglement-based large-alphabet quantum key distribution
我们提出了一个实用的量子密码方案，它结合了高的信息容量，如由高维量子纠缠，提供了一个简单的二维Clauser-Horne-Shimony-Holt（CHSH）贝尔测试的安全性验证。该方案通过在二维自由度（如光子偏振）上应用纠缠态与另一个自由度（如光子轨道角动量（OAM）或路径）上的高维关联相结合，为量子密钥分发（QKD）的安全验证提供了一条相当简化的途径，旨在利用高维量子系统提高安全密钥速率。它还受益于防止集体攻击的安全性，并且使用现有技术是可行的。
2015-04-29 physics.optics quant-ph
Moire-enabled optical vortex with tunable topological charge in twisted bilayer photonic crystals
本研究利用扭曲双层莫尔光子晶体的层间耦合产生贝塞尔型连续谱准束缚态，实现了拓扑荷可调的光学涡旋阵列，为集成OAM的复用技术提供了新方案。
2025-10-29 physics.optics
High efficiency SHG of orbital angular momentum light in an external cavity
产生轨道角动量光的传统方法包括全息衍射光栅、涡旋相位板和空间光调制器。在这篇文章中，我们报告了一种新的高效OAM光产生方法。通过泵浦含有准相位匹配非线性晶体的外腔，并适当调整腔面，实现了泵浦光与腔面高阶拉盖尔-高斯（LG）模的模式匹配，获得了高达10.3%的转换效率。我们首次证明了该腔可以稳定地工作在高阶LG模，就像高斯模一样。相对于泵浦光，SHG光具有两倍的OAM值。详细讨论了影响光束质量和转换效率的参数。我们的工作在激光光学领域开辟了一个全新的领域，并朝着高效率OAM光处理迈出了第一步。
2014-05-12 physics.optics quant-ph
Artificial Perfect Electric Conductor-Perfect Magnetic Conductor Anisotropic Metasurface for Generating Orbital Angular Momentum of Microwave with Nearly Perfect Conversion Efficiency
轨道角动量（OAM）是电磁学和量子力学基础研究中一个很有前途的自由度。OAM具有无限的状态空间，在增强经典和量子通信信道容量方面具有巨大的潜力。通过探索Pancharatnam-Berry相位概念和在具有空间变化取向的超颖表面中设计各向异性散射体，具有零OAM的平面波可以转换为携带非零OAM的涡旋光束。本文提出了两种新型的PEC（perfect electric conductor）-PMC（perfect magnetic conductor）各向异性超颖表面。一个是由方位连续的环路，另一个是由方位不连续的偶极子散射体。两种类型的超颖表面都安装在蘑菇型高阻抗表面上。与先前用于生成OAM的元表面设计相比，所提出的元表面设计实现了近乎完美的转换效率。由于消除了电场的垂直分量，连续超颖表面在近场区域显示出非常平滑的相位图案，这是由离散散射体组成的对流超颖表面所不能实现的。另一方面，具有离散偶极散射体的超颖表面显示出极大的灵活性以产生具有任意拓扑电荷的OAM。我们的工作对高性能OAM生成具有根本性和实际意义。
2016-02-15 physics.class-ph physics.optics
Orbital-angular-momentum mode-group multiplexed transmission over a graded-index ring-core fiber based on receive diversity and maximal ratio combining
提出了一种基于渐变折射率环芯光纤（GIRCF）的轨道角动量（OAM）模群复用（MGM）方案，该方案为每个MG信道设计了单输入双输出（或接收分集）结构，并利用简单的数字信号处理（DSP）自适应地抵抗随机群内模串扰引起的模划分噪声。在该方案中不需要复杂的多输入多输出（MIMO）均衡。此外，如果在接收机侧采用简单的最大比合并（MRC）技术以有效地利用接收机的分集增益，则可以提高接收信号的信噪比（SNR）。通过实验分别验证了强度调制直接检测（IM-DD）系统在1 km GIRCF上传输3个OAM模式组，总传输速率为100 Gb/s的离散多音（DMT）信号，以及在18 km GIRCF上传输2个OAM模式组，总传输速率为40 Gb/s的DMT信号，从而验证了所提出的OAM-MGM方案的可行性.
2017-11-10 eess.SP physics.optics
Arbitrary unitaries in orbital angular momentum of single photons
给出了一个简单的论证，明确地说明了如何构造一个作用于单光子轨道角动量的任意量子门。该方案可以应用于实现子空间复用，其中单个高维OAM qudit有效地表示多个独立的低维qudit的堆栈。本文详细研究了由单光子控制门构成的幺正子的一个特殊子类，并讨论了一般方法的一些值得注意的例子。简单论证的推广导致并行化方案，这导致资源的节省。所提出的方案仅利用传统的光学元件，不仅适用于单光子，而且适用于经典光。
2022-08-19 physics.optics quant-ph
Multi-modes Bessel-Gaussian-Orbital Angular Momentum Beams Quantum Holography
College of Physics, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学物理学院）；State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University（山西大学光电研究所量子光学与量子光学器件国家重点实验室）；Zhejiang Key Laboratory of Quantum State Control and Optical Field Manipulation, Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学浙江省量子态调控与光场操控重点实验室）
本文提出基于多模式贝塞尔-高斯光束的轨道角动量量子全息方案，利用纠缠光子对构建量子选择全息图，并通过信号光子的模式参数实现信息重建，提升多路复用维度和编码能力。
2026-04-16 physics.optics quant-ph
OAM modes characteristics analysis and low-loss transmission based on topological confinement
School of Optical and Electronic Information and Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学光电信息与武汉光电国家研究中心）；State Key Laboratory of Optical Fiber and Cable Manufacture Technology, YOFC（长飞光纤光缆股份有限公司光纤光缆制造技术国家重点实验室）
研究拓扑约束在环形芯光纤中传输截止轨道角动量模式的特性及低损耗传输机制，提出改进的渐变型环形芯光纤以提升性能，并验证其高信噪比和谱效率。
2026-04-12 physics.optics
Efficient separation of the orbital angular momentum eigenstates of light
光的轨道角动量（OAM）是量子力学基础研究中一个很有吸引力的自由度。此外，OAM的离散无界状态空间已被用于增强经典和量子通信。OAM的非环境测量是所有此类实验的关键部分。然而，用于分离携带大量不同OAM值的单光子的现有技术方法限于约77%的理论分离效率。在这里，我们展示了一种方法，它使用了一系列的酉光学变换，使光OAM的测量实验分离效率超过92%。此外，我们证明了分离模式的角度位置的基础上，这是相互公正的OAM基础。我们的方法所达到的高度的确定性使得它特别有吸引力的提高多层次量子密码系统的信息容量。
2013-11-15 physics.optics quant-ph
Dynamic high efficiency 3D meta-holography in visible range with large frames number and high frame rate based on space division multiplexing design
全息图是一种理想的裸眼三维显示方法，而计算全息（CGH）技术使虚拟物体的再现成为可能。然而，普通计算全息器件的像素尺寸较大，导致全息图的应用存在视场窄、双像、多衍射级等不足，而由亚波长结构组成的超颖表面在光的控制方面显示出巨大的潜力，适合于全息图的设计。本文对实现动态元全息图的一些有启发性的工作进行了总结。可见光范围内的高效率、高显示质量的元全息研究工作还不多见，可以显示出大帧数、高帧率、平滑的全息视频。在目前的工作中，我们展示了一种新的设计的元全息在可见光范围内的空分复用元表面的基础上，可以实现228个不同的全息帧和一个非常高的帧速率（最高帧速率，9523 FPS）。此外，超颖表面由具有高效率（超过70%）的氮化硅（SiNx）纳米柱组成。该方法不仅能满足全息显示的需要，而且适用于激光加工、光刻、双光子聚合三维成形、光学信息处理等不同的研究领域。
2019-09-12 physics.optics
Enhanced detection techniques of Orbital Angular Momentum states in the classical and quantum regimes
光的轨道角动量（OAM）一直是成像，信息处理和通信的几个经典和量子应用的中心。然而，OAM状态中固有的复杂结构使得它们的检测和分类在许多情况下是不平凡的。大多数当前的检测方案是基于在使用拉盖尔-高斯模式的基础上建立的OAM状态的模型。然而，这通常可能不足以捕获关于所生成的状态的全部信息。在本文中，我们超越了Laguerre-Gauss假设，并采用超几何-高斯模式作为改进模型的基本状态，该模型可以在某些情况下用于更好地定制OAM检测技术。我们表明，增强性能的OAM检测全息投影通过空间光调制器与单模光纤相结合，并基于机器学习方法的分类技术。此外，一个三倍的增强单模光纤耦合效率的全息技术，当使用超几何-高斯模型相对于拉盖尔-高斯一个。这一改进显著提高了OAM编码单光子探测系统的整体效率。鉴于大多数使用OAM状态的实验工作都是有效地基于超几何高斯模式的生成，因此我们的研究结果代表了量子通信，密码学和模拟中基于OAM的协议的实验工具箱的相关补充。
2022-01-19 physics.optics quant-ph
High-Capacity Metasurface at Limits of Polarization and Wavelength Multiplexing
本研究提出基于梯度的深度神经网络优化算法，同时实现超表面偏振与波长复用的极限容量，大幅提升计算效率，并在多通道大规模图像识别任务中取得高准确率，为高容量超表面复用设定新基准。
2024-08-18 physics.optics
Divergence of an orbital-angular-momentum-carrying beam upon propagation
最近，人们对使用携带轨道角动量（OAM）的光束来在自由空间光通信系统内创建多个信道感兴趣。一个限制性问题是，对于发射机处的给定光束尺寸，光束发散角随着OAM的增加而增加，因此如果要保持检测效率，则在接收光学系统处需要更大的孔径。关于这种发散度是否与光束的OAM成线性比例，或者与光束的OAM的平方根成线性比例，存在着混淆。我们澄清这两个比例定律是有效的，这取决于它是否是高斯光束腰的半径或均方根强度保持不变，而变化的OAM。
2014-10-31 physics.optics quant-ph
Efficiency-boosted semiconductor optical amplifiers via mode-division multiplexing
半导体光放大器（SOA）是许多光子系统的基本构件。然而，它们的功率低效率已经阻碍了运营成本的降低，并且由此产生的热损耗限制了小型化以及更复杂的光子功能（例如大规模开关和光学相控阵列）的实现。在这项工作中，我们展示了显着的增益和效率提高使用额外的自由度的光-模式空间。这是在不改变SOA的材料设计的情况下完成的，因此可以获得高通用性和兼容性。光在不同的导模中被复用，并且在不引入谐振的情况下两次被重新注入到相同的增益部分，从而以宽带方式使相互作用长度加倍。在1560 - 1580 nm波长范围内，在相同的工作电流下，双通SOA的增益比单通SOA高87%，壁插效率高300%。
2023-03-18 physics.app-ph physics.optics
High Spectral-Efficiency, Ultra-low MIMO SDM Transmission over a Field-Deployed Multi-Core OAM Fiber
本文在5公里实地部署的七环芯光纤上演示了双向SDM传输，实现2×201.6 bit/s/Hz的频谱效率，创下实地部署光缆SDM传输的最高纪录，较已有系统提升约10倍，且仅需低复杂度的小规模4×4 MIMO处理。
2024-04-29 cs.NI physics.optics
Performance evaluation of an integrated photonic convolutional neural network based on delay buffering and wavelength division multiplexing
光子技术为构建高速和高能效的神经网络加速器提供了一种很有前途的方法。在之前提出的光子神经网络中，架构主要是针对全连接层设计的。当在这样的神经网络中执行卷积层时，大规模电光调制阵列严重增加了芯片上的能量耗散。为了提高能效，我们在这里展示了一个专门用于卷积层计算的集成光子架构。光延迟线代替电子器件对光芯片进行数据处理，减小了电光调制阵列的规模。因此，这些部件的能量耗散被减轻。与现有技术相比，由波分复用供电的延迟线的占用面积显著减小，因此制造起来是实用的。我们评估的潜在性能的建议架构在实际制作的组件缺陷。根据结果，良好控制的系统插入损耗，所提出的架构的能源效率将超过以前提出的作品和最先进的电子处理器。我们预计所提出的架构对未来快速节能的卷积神经网络加速器是有益的。
2020-02-28 eess.SP physics.optics
Dual-polarization multiplexing amorphous Si:H grating couplers for silicon photonic transmitters in the photonic BiCMOS backend of line
我们报告的偏振组合二维光栅耦合器（2D GC）的非晶硅：H，在后端的光子BiCMOS平台的线制造。二维GC可以用作混合硅光子相干发射器的接口，其可以在体硅晶片上实现。所制造的2D GC工作在电信C波段，并显示出-5 dB的实验耦合效率，晶片变化为+/-1.2 dB。可能的效率提高和改善性能稳定性，在未来的设计世代的概述和扩展到O波段设备进行了研究。
2022-01-11 physics.app-ph physics.optics
