基于轨道角动量的快速自动对准水下无线光通信

水下无线光通信 (UWOC) 作为一种新兴技术，近年来受到越来越多的关注。与传统的水声通信相比，UWOC 具有更高的带宽、更低的延迟和更强的抗干扰能力，有望满足日益增长的水下数据传输需求。

然而，水下环境的复杂性也给 UWOC 带来了巨大的挑战。信号衰减、延迟扩散和衰落是 UWOC 面临的主要问题，这些问题由水的吸收、散射和湍流引起。此外，水下机械振动和海洋暗流也为 UWOC 的稳定传输带来了困难。

为了应对这些挑战，研究人员提出了多种解决方案，包括增加发散角、快速自动对准系统以及空分复用 (SDM) 等技术。其中，基于轨道角动量 (OAM) 的 SDM 技术近年来备受关注。OAM 模式的正交性使其能够承载独立的数据信息，从而提高通信系统的传输容量。

本文演示了一种基于 OAM 的快速自动对准 2 米水下无线光链路。该链路采用拓扑电荷为 +3 和 -3 的两种 OAM 模式进行多路复用，并在不同振动条件下使用正交相移键控 (QPSK) 信号进行数据传输。实验结果表明，该系统能够有效抵抗振动干扰，保持稳定的链路连接，并在水下传播后实现低于 -9 dB 的多式联运串扰。

除了 OAM 技术之外，自适应光学 (AO) 技术和纵向轨道角动量复用 (LOAMM) 系统也被提出来减轻水下湍流的影响，并提高 UWOC 系统的安全性能。

总而言之，UWOC 作为一种极具潜力的水下通信技术，正处在快速发展阶段。随着相关技术的不断突破，UWOC 将在海洋探索、水下监测、水下机器人等领域发挥越来越重要的作用。