研究人员演示结构光的无噪声通信

光的模式为光通信中的大型编码字母表带来了巨大的希望，不过它们容易产生失真，例如在大气湍流或弯曲的光纤中，使其传输受到了阻碍。

现在，威特沃特斯兰德大学（Wits）的研究人员概述了一种新的光通信协议，该协议利用光的空间模式进行多维编码，不需要识别模式，从而克服了噪声信道中模态失真的先验限制。其结果是一种新的编码技术，即在湍流大气中几乎无噪声地发送50多种矢量光模式，为高比特率光通信开辟了一条新途径。

结构光的新研究表明，研究人员可以利用光的许多模式作为编码字母表，而不用担心通道的噪声。

相关研究成果发表在《激光与光子学评论》（ Laser & Photonics Reviews）上，他们使用矢量光的一种新的不变特性来编码信息。该团队称之为“矢量”的这个量从0到1不等，在通过有噪声的通道时保持不变。

与传统的振幅调制0或1（只有两个字母的字母表）不同，该团队使用不变性将0到1的矢量范围划分为50个字母的50多个部分（0、0.02、0.04等，最多1个）。由于发送信息的信道不会使矢量失真，因此发送方和接收方将始终在值上达成一致，从而实现无噪声信息传输。

该团队克服的关键障碍是以不需要“识别”的方式使用光的模式，这样就可以忽略噪声通道的自然失真。相反，不变量只是在专门的测量中“相加”了光，揭示了一个根本看不到失真的量。

金山物理学院的安德鲁福布斯（Andrew Forbes）教授说：“这是一个非常令人兴奋的进步，因为我们终于可以利用光的许多模式作为编码字母表，而不用担心通道的噪声有多大。事实上，字母表有多大的唯一限制是检测器有多好，而且完全不受通道噪声的影响。”

主要作者和博士候选人Keshaan Singh补充道：“创建和检测矢量调制只需要传统的通信技术，使我们的基于模式的协议能够立即部署在现实世界中。”

该团队已经开始在光纤和自由空间的快速链路中进行演示，并相信该方法可以在其他噪声信道中工作，包括在水下。

相关链接：https://phys.org/news/2023-06-noise-free-communication.html