近年來，光學軌道角動量（Orbital Angular Momentum, OAM）被廣泛應用于經典通信和量子通信。光學軌道角動量在理論上提供了無窮多維度的正交基，可用于信息編碼，基于OAM復用技術的光通信可提升通信速率。然而，在無線光通信中，當攜帶OAM的光束在空間中傳輸時，易受大氣湍流、霧霾或空氣中塵埃的影響，微粒的多重散射嚴重降低光束質量，導致接收端的光束成為隨機散斑，這增加了通信的誤碼率。因此，在強散射條件下解決光信息的精確傳輸和恢復，對于光通信的研究和應用具有重要意義。

近日，中國科學技術大學物理學院李銀妹、黃坤課題組在強散射環(huán)境下OAM光通信的研究中取得新進展。李銀妹團隊在克服生物組織強散射實現活體細胞光操控的研究基礎上，龔雷特任副研究員與黃坤研究員合作將復雜介質光場調控技術應用于OAM光通信，實現了在強散射環(huán)境下的高質量光通信，研究成果以“Optical orbital-angular-momentum-multiplexed data transmission under high scattering”為題于2019年3月6日在線發(fā)表于自然出版集團旗下《Light Science & Application》雜志上。

圖1. SMART實現強散射環(huán)境下疊加OAM光信息傳輸的示意圖

在此項工作中，研究人員提出了一種基于散射矩陣的信息恢復技術（scattering matrix-assisted retrieval technique)，簡稱SMART。利用該SMART平臺，該團隊從多次散射的光場中精確地提取了多個OAM信道上的信息。在光學傳輸實驗中，該團隊利用8和24個信道分別實現了灰度圖和彩色圖的精確傳輸，實驗誤碼率低于0.08%，比之前的報道降低了20倍。本研究提出的SMART為散射環(huán)境下的自由空間光通信、光纖通信和量子通信提供了有效技術手段。

論文的共同第一作者為龔雷特任副研究員和博士生趙倩，通訊作者為李銀妹教授、龔雷特任副研究員和黃坤研究員。上述研究得到了國家自然科學基金委面上項目和重點項目的支持。