Показатели эффективности и аспекты проектирования линии связи в свободном пространстве с мультиплексированием по орбитальному угловому моменту

Пропускная способность линий оптической связи в свободном пространстве (FSO) потенциально может быть увеличена за счёт одновременной передачи нескольких пучков с орбитальным угловым моментом (OAM). Такой подход с мультиплексированием по OAM требует сбора достаточной мощности и адекватной доли фазового фронта для обеспечения минимальных межканальных помех. В данной работе рассматриваются аспекты проектирования линии передачи данных в свободном пространстве с мультиплексированием по OAM; анализируются потери мощности в линии, межканальные помехи и энергетический проигрыш при ограниченном размере апертуры приёмника и смещении между передатчиком и приёмником. Описаны компромиссы для различных размеров передаваемого пучка, размеров апертуры приёмника и разноса мод передаваемых OAM-пучков при заданных поперечных смещениях или угловых ошибках приёмника. На основе моделирования и ряда экспериментов показано, что (1) система с большим размером передаваемого пучка и большей апертурой приёмника более устойчива к поперечному смещению, но менее устойчива к угловой ошибке приёмника, а (2) система с большим разносом мод, использующая большие значения заряда OAM, характеризуется большими потерями мощности в системе, но меньшими межканальными помехами. Поэтому система с малым разносом мод имеет меньший энергетический проигрыш, когда доминируют потери мощности в системе, например при малом поперечном смещении или небольшой угловой ошибке приёмника, тогда как система с большим разносом мод имеет меньший энергетический проигрыш, когда доминируют межканальные помехи, например при большем поперечном смещении или большей угловой ошибке приёмника. Эта работа может способствовать практической реализации линий связи FSO с мультиплексированием по OAM.