Page 39 - 网络电信9月刊上
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积结果为1，拓扑荷值不相同的OAM 模式做内积的结果均为0。 1.OAM技术实现大容量传输
因此，无穷多个OAM模式组成了一组无限的正交基。这种无穷性 OAM模式的正交性和无穷性使得超大容量传输成为可能。
和正交性表明OAM模式在光域提供了一个全新的复用维度。不同 其中一种方式就是利用OAM模式本身加载信息，通过动态地切
拓扑荷值的OAM模式可以作为一系列信道，而这种信道理论上有 换传输的OAM模式，实现信息的传输，称为OAM编码。如图1所
无穷多个，可以大幅度地提升传输容量和频谱利用率。正交性 示，选用4个OAM本征态，分别代表编码00/01/10/11，动态切换
又保证在理想情况下，信道之间不会产生串扰，在接收端可以 这4个本征态就实现了两位二进制信号的传输。理论上，轨道
将其分离，进而进行信号的读取和处理。因此，OAM技术能够为 角动量光束的OAM有无限个本征态，对应于无限个拓扑荷值，
光通信系统传输容量和频谱利用率的大幅度提升提供一种潜在 所以OAM编码代表的比特数也是没有上限的。其优点是系统相
的解决方案，逐渐受到研究者的关注。 对简单、可任意选择需要的OAM模式，而缺点是传输速率受限
于光调制器的刷新速率。例如，在自由空间光通信中，可以实
三、OAM技术应用场景研究 现轨道角动量光束动态切换的调制器一般采用空间光调制器
目前，OAM 技术应用的研究主要集中在两个领域：OAM 技 （Spatial Light Modulator，SLM）或数字微反射镜（Digital
术实现大容量传输和基于光分插复用（OADM）；光交叉连接 Micromirror Device，DMD），SLM 的刷新速率一般为百赫兹量
（OXC）的OAM光网络。前者主要面向于点对点的超大容量信息 级，DMD刷新速率可以更快，最高约20kHz左右，但是这样的传
传输，利用OAM模式的正交性和无穷性，结合成熟的WDM技术， 输速率远不能满足通信需求。另外，根据轨道角动量模式无限
可以实现Tbit/s 量级以上的传输容量和高频谱效率；后者则面 特性，理论上可以提高选用的OAM模式数量来提高传输速率，但
向多点到多点的灵活组网需求，在网络中插入基于OAM技术的 由于终端处理元件或者传输介质支持模式的限制，系统支持的
OADM和OXC器件实现大颗粒业务在光层面的灵活转发，为今后灵 模式数量往往是有限的。综上分析，OAM编码如果要投入商用，
活组网和可重构光网络奠定了基础。 必须有高速的光电调制器件作支撑，同时传输介质也必须支持
多OAM模式的并行传输。
图1 OAM调制示意图
另外一种方式是OAM复用（OAMDivision Multiplexing， 图2 OAM-DM示意图
OAM-DM）。OAM模式的作用与WDM（Wavelength Division
Multiplexing）系统中波长的作用一致，OAM信道仅仅提供一种
载体，与上层客户信号的协议、速率、调制形式都无关。如图2
所示，系统中不需要动态元件的参与，高速光信号在各个OAM信
道中传输，通过复用器将不同拓扑荷值的OAM信道复用在一起传
输，接收端利用解复用器进行分离。而系统的传输速率取决于
高速光信号的比特率和信道个数。研究证明，通过合理地选择
OAM信道可以实现信号Tbit/s量级甚至更高速率的透明传输。
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