连续变量纠缠态光场是实现量子计算、量子通信和量子精密测量的重要量子资源。 轨道角动量复用是增加量子通信信道容量的一种有效方式。我们利用铯原子系综中的四波混频过程制备了轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场, 并实验证明携带l=1,?2阶轨道角动量的EPR纠缠态光场可以获得与l=0模式的EPR纠缠态光场相同的纠缠度。此外, 我们采用高斯量子失谐表征了携带 l=0,?1,?2阶轨道角动量光场的量子关联, 并研究了其在损耗信道中的演化。结果表明轨道角动量复用光场的高斯量子关联在损耗环境中具有鲁棒性。研究结果为利用轨道角动量复用的连续变量纠缠态光场实现高信道容量量子通信提供了参考。

以加载QPSK调制信号的轨道角动量(OAM)光束为传输载波, 以多个相位屏模拟大气湍流, 研究不同大气湍流强度下OAM复用态的串扰情况。通过对复用光束光强和相位研究, 得出在OAM复用态光强受到湍流影响时会发生明显的闪烁现象, 光功率分散, 相位发生旋转弯曲, 且湍流强度越大, 受到的影响越大。选用螺旋谱分析不同湍流强度下各OAM复用态之间的弥散程度, 当大气湍流强度增加时, OAM态之间的弥散程度增加, 且较强湍流会导致OAM复用态失真。同时, 考虑OAM复用态之间的模式串扰以及每路携带信息的OAM态因大气信道引起的混合噪声而造成的码间干扰, 对比研究了不同大气湍流强度下系统误码率随传输距离的变化, 结果表明: 系统误码率随传输距离的增长而增大, 强湍流之下光束误码率会随着传输距离增长到一定程度后趋于平稳, 弱湍流之下光束误码率会随着传输距离的增长而增大。

轨道角动量(Orbital angular momentum, OAM)复用通信系统性能不可避免地受到发、收两端OAM态非对齐的影响。针对OAM态复用通信, 提出了一种将多输入多输出(Multiple-input multiple-output, MIMO)均衡技术用于降低OAM系统发、收两端非对齐对系统性能带来影响的方案。所提方 案利用MIMO均衡技术纠正或部分纠正复用OAM态在发、收两端非对齐时的模间串扰。数值仿真结果表明所提方 案可有效地降低OAM非对齐通信系统模式间的串扰,提升了系统的误码率性能,在位置偏移和角度偏斜量较小 情形下,系统误码率可提升1～2个数量级。

针对涡旋光束复用传输中拓扑荷测量的问题，根据广义惠更斯菲涅耳积分，利用傅里叶光学分析方法和光束分步传播法，建立光束传播模型，对拉盖尔高斯光束经复用在真空中传输进行数值仿真。通过分析光束真空传输后的相位分布，发现两束光复用后的相位分布特征与参与复用的各光束拓扑荷值之间有可辨别的关联，具体规律是相位的中心扇叶片数和叶片旋转方向与复用光束中拓扑荷绝对值较小的光束相同，而相位的外边缘相位叉点的个数和旋转方向分别与复用各光束的拓扑荷数值差的绝对值﹑拓扑荷数值较大者相同。所得结果为涡旋光束拓扑荷数的测量提供新方法。