近年来，随信息技能的快速的进步，信息传输速率和容量的需求也在不断的进步。为了应对这一应战，光通信技能成为了研讨的热门，其间运用轨道角动量（OAM）形式的多模光纤通信体系体现出了巨大的潜力。华中科技大学王健教授领导的光子学试验室（MDPL）团队在这一范畴取得了重要发展，成功提出了一种依据光神经网络芯片的灵敏OAM形式光交流技能，为未来高效、灵敏的光通信体系奠定了根底。

  图1是依据光学神经网络芯片的形式光交流的概念图，运用光学神经网络芯片结合多模光纤完成的自装备形式光交流网络。多模光纤中的信道为形式信道，不同的信息加载在不同的正交形式上复用传输。输入多模光纤中多个形式信道先经过形式解复用器解复用至多个单模光纤，然后与光学神经网络芯片衔接完成多通道光交流功用，之后再经过多个单模光纤经过形式复用器复用到多模光纤中输出，这样就完成了多模光纤中多形式信道光信息交流。

  在试验中，研讨团队经过全光纤OAM形式解复用器，将多模光纤的多通道OAM形式耦合进单模光纤阵列，并经过光栅笔直耦合进入硅基神经网络芯片进行光交流。交流后的信号再耦合回单模光纤阵列，并经过全光纤OAM形式复用器将信号复用回多模光纤。交流状况由依据单片机的多通道电源体系操控，相移器的状况参数矩阵由离线学习取得并在实时作业时调用。试验中，零阶OAM、一阶OAM、二阶OAM别离加载16-QAM、QPSK、8-QAM信号，用于验证OAM形式光交流的功用。

  全光纤OAM形式（解）复用器由规范单模光纤（SMF-28）和传统多模光纤（OM3）经过熔融拉锥技能制作而成。经过模仿剖析，确认了不同半径下形式的折射率散布，并找到相位匹配点，如图3(a)和(b)所示。单模光纤经过预拉锥处理，以保证其基模的有用折射率与多模光纤中的轨道角动量形式相匹配。随后，运用固定火焰一起对预拉锥的单模光纤和多模光纤进行熔融拉锥，实时监控耦合器两头的功率，以保证形式转化的最大耦合功率。如图3(d)和(e)所示，试验测得全光纤OAM形式（解）复用器中的形式在5公里多模光纤传输前后的光场图。

  图3：a, b 模仿的单模光纤（SMF）和OM3中不同形式的有用折射率随光纤包层半径改变的联系。c全光纤OAM形式（解）复用器的示意图；d, e 零阶、一阶和二阶OAM形式在多模光纤传输后的光强散布和干与图画:d经过5公里多模光纤传输后的发射端；e经过5公里多模光纤传输后的接纳端。

  图4展现了改善的梯度算法流程图，以及在从通道1、2、3切换到通道2、3、1过程中，试验测得的最大串扰随优化迭代次数的改变曲线屡次迭代后，最大串扰在该交流状况下达到了小于-21 dB的水平。图4(c)-(h)展现了在六种不同交流状况下，测得的硅基神经网络芯片光交流串扰矩阵。一切状况下，最大串扰均小于-18.7 dB。

  图4：(a) 梯度下降算法的流程图。(b)在从通道1、2、3切换到通道2、3、1过程中，试验测得的最大串扰随优化迭代次数的改变曲线。(c)-(h)硅基神经网络芯片在六种不同交流状况下的串扰矩阵

  为了验证硅基神经网络芯片在多模光纤OAM形式光交流中的实践使用，研讨团队建立了如图5所示的试验设备。该设备包括四个部分：发射端、接纳端、形式光交流网络和学习设备。发射端经过AWG发生三种高阶调制格局的信号，加载到I/Q调制器上对激光进行调制。接纳端经过示波器收集数据，并经过离线DSP处理完成误码率（BER）丈量。学习设备用于操控形式光交流网络，完成不同交流状况的操控。

  图6展现了在不同交流状况下，QPSK、8-QAM、16-QAM信号的BER随光信噪比（OSNR）改变的曲线。试验依据成果得出，光神经网络芯片可以在多种OAM形式之间完成高效、安稳的切换，并且在方位x4处的两种交流状况下，OSNR价值均小于0.2 dB。此外，试验还展现了信道1、信道2和信道3在两种交流状况下的星座图，标明信号完成了不同的交流。

  图6：在两种不同切换状况下，QPSK、8-QAM和16-QAM信号在方位x4的BER与OSNR曲线和单通道传输的星座图。

  这一研讨成果不仅为多模光纤通信体系的实践使用供给了新的思路，还为未来的光通信和光信号处理等范畴带来了新的可能性。研讨团队将逐渐优化光神经网络芯片的规划，以进步其在杂乱光通信体系中的功能。（来历：先进制作微信大众号）