2016年12月，清華大學(xué)航天航空學(xué)院航空宇航電子系實(shí)驗(yàn)室完成世界首次軌道角動(dòng)量（OAM）電磁波27.5公里長(zhǎng)距離傳輸實(shí)驗(yàn)。

電磁波軌道角動(dòng)量被稱為區(qū)別于傳統(tǒng)電磁波（僅接收電場(chǎng)強(qiáng)度）的新維度。應(yīng)用于通信、導(dǎo)航和雷達(dá)，不僅可以大幅提高通信傳輸容量，而且可以提高導(dǎo)航精度和雷達(dá)探測(cè)精度，是電磁波傳輸未來發(fā)展的重要方向。

由于軌道角動(dòng)量電磁波的發(fā)散特性，長(zhǎng)距離傳輸是其實(shí)用化過程中必須攻克的首要難點(diǎn)。由于普通電磁波（頻率低于300GHz）的頻率低于光波，其長(zhǎng)距離傳輸更加困難。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前國外自由空間光傳輸最高紀(jì)錄已經(jīng)達(dá)到143公里（奧地利），但電磁波OAM傳輸實(shí)驗(yàn)最高記錄為442米（2.4GHz，意大利）。

清華大學(xué)航電實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過3年時(shí)間潛心研究，突破了長(zhǎng)距離傳輸?shù)睦碚摵完P(guān)鍵技術(shù)。在2016年先后成功完成1公里傳輸（昌平虎峪）、7.3公里傳輸（清華大學(xué)至百望山）、13.6公里傳輸（清華大學(xué)至香山），以及此次的27.5公里傳輸（10GHz，清華大學(xué)至千靈山）。近30公里OAM電磁波長(zhǎng)距離傳輸實(shí)驗(yàn)成功不僅標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域的研究水平已經(jīng)躍居國際前列，自主創(chuàng)新成果達(dá)到世界領(lǐng)先，占領(lǐng)了學(xué)術(shù)制高點(diǎn)，而且為我國未來長(zhǎng)距離OAM電磁波空間傳輸實(shí)驗(yàn)（100公里至40萬公里）奠定了關(guān)鍵理論和技術(shù)基礎(chǔ)，或?qū)㈤_創(chuàng)我國在國際上該領(lǐng)域研究發(fā)展的新局面。

什么是軌道角動(dòng)量電磁波？

電磁波理論表明，電磁波除了動(dòng)量外，還有角動(dòng)量，而且角動(dòng)量又分為自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量。如果拿地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)打比方，則地球自轉(zhuǎn)形成自旋角動(dòng)量，沿著公轉(zhuǎn)軌道形成的角動(dòng)量就是軌道角動(dòng)量。軌道角動(dòng)量電磁波顧名思義就是具有“非零”軌道角動(dòng)量的電磁波（普通平面電磁波軌道角動(dòng)量為零），這種電磁波具有螺旋相位面（如下圖所示），因此也稱為“渦旋電磁波”。由于同頻率電磁波擁有不同軌道角動(dòng)量則可以正交傳輸，互不干擾，因此可以作為新的維度空間增加信道容量，大幅提高電磁波攜帶信息的能力。

來源：清華大學(xué)航空宇航電子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室