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Orbital Angular Momentum-based Space Division Multiplexing for High-capacity Underwater Optical Communications

机译:用于大容量水下光通信的基于轨道角动量的空分复用

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摘要

To increase system capacity of underwater optical communications, we employ the spatial domain to simultaneously transmit multiple orthogonal spatial beams, each carrying an independent data channel. In this paper, we show up to a 40-Gbit/s link by multiplexing and transmitting four green orbital angular momentum (OAM) beams through a single aperture. Moreover, we investigate the degrading effects of scattering/turbidity, water current, and thermal gradient-induced turbulence, and we find that thermal gradients cause the most distortions and turbidity causes the most loss. We show systems results using two different data generation techniques, one at 1064 nm for 10-Gbit/s/beam and one at 520 nm for 1-Gbit/s/beam; we use both techniques since present data-modulation technologies are faster for infrared (IR) than for green. For the 40-Gbit/s link, data is modulated in the IR, and OAM imprinting is performed in the green using a specially-designed metasurface phase mask. For the 4-Gbit/s link, a green laser diode is directly modulated. Finally, we show that inter-channel crosstalk induced by thermal gradients can be mitigated using multi-channel equalisation processing.
机译:为了增加水下光通信的系统容量,我们采用空间域来同时传输多个正交的空间光束,每个光束都承载一个独立的数据通道。在本文中,我们通过多路复用并通过单个孔径传输四个绿色轨道角动量(OAM)光束来显示高达40 Gbit / s的链路。此外,我们研究了散射/浊度,水流和热梯度引起的湍流的降解作用,发现热梯度引起的变形最大,而浊度造成的损失最大。我们显示了使用两种不同的数据生成技术的系统结果,一种用于10Gbit / s /光束的1064nm,另一种用于1-Gbit / s /光束的520nm。我们使用这两种技术,因为当前的数据调制技术对红外线(IR)的速度比对绿色的速度更快。对于40 Gbit / s链路,数据是在IR中进行调制的,而OAM压印是使用专门设计的超表面相位掩模以绿色进行的。对于4 Gbit / s链路,直接调制绿色激光二极管。最后,我们表明,使用多通道均衡处理可以缓解由热梯度引起的通道间串扰。

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