结构光革命：展示了无噪声光通信

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结构光的新研究意味着研究人员可以利用多种光模式作为编码字母表，而不必担心通道的噪音。图片来源：金山大学

一种可以使用传统技术部署的光通信新方法。

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，但进展受到它们对失真的敏感性的阻碍，例如在大气湍流或弯曲的光纤中。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以不需要识别模式的方式进行多维编码，从而克服了模态失真的先验限制在嘈杂的频道。其结果是一种新的最先进的编码技术，包含 50 多种光矢量模式，在湍流的大气中几乎无噪音地发送，开辟了一种新的高比特率光通信方法。

本周发表在 《激光与光子学评论》上的 Wits 物理学院结构光实验室的 Wits 团队使用矢量光的新不变属性来编码信息。这个被团队称为“矢量性”的数量从 0 缩放到 1，并且在通过嘈杂的通道时保持不变。与传统的调幅为 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 的向量度范围划分为 50 多个部分（0、0.02、0.04 等等，直到 1）一个 50 个字母的字母表。由于发送信息的通道不会扭曲矢量性，因此发送方和接收方将始终就该值达成一致，因此无噪声信息传输。

该团队克服的关键障碍是以一种不需要“识别”的方式使用光模式，这样就可以忽略噪声通道的自然失真。相反，不变量只是在专门测量中“累加”光，揭示一个根本看不到失真的量。

“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多种模式作为编码字母表，而不必担心通道的噪音有多大，”金山物理学院的安德鲁福布斯教授说。“事实上，字母表可以有多大的唯一限制是探测器有多好，并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：“要创建和检测矢量调制，只需要传统的通信技术，就可以让我们基于模态（模式）的协议立即部署到现实世界的环境中。”

该团队已经开始在光纤和跨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嘈杂的通道中发挥作用，包括水下。

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