近日，上海理工大學光電學院詹其文教授科研團隊在美國光學學會旗艦期刊《光學》（Optica）上發(fā)表題為“多模光纖中光譜-空間關聯(lián)主模式的產生與應用”（Generation and applications of spectral-spatially correlated principal mode in multimode fibers）的研究成果。博士生高涵為第一作者，詹其文教授和胡海峰教授為通訊作者，上海理工大學為第一單位。

多模光纖是一種復雜而通用的系統(tǒng)，在光通信、成像、傳感和高功率激光器等多個領域內都發(fā)揮著關鍵作用。其支持多個橫向模式的能力既是一個關鍵特征，也是一個重大的挑戰(zhàn)。由于模態(tài)色散以及不可避免的模式耦合，光信號在通過多模光纖傳播后會產生嚴重的時空畸變。為了補償這些畸變，研究團隊提出一種新穎的光譜-空間相關型主模式(Spectral-Spatially correlated principal modes，即S2主模式)，可同時在光譜和空間維度上定制多模光纖的輸出光場。S2主模式不僅可以顯著提高輸出光場的光譜相關性，還能將輸出光場限制在指定區(qū)域內。

利用S2主模式可以對多模光纖輸出場進行多維定制，實現(xiàn)對光纖中傳輸的信息進行物理層加密。在基于S2主模式的光纖加密通信系統(tǒng)中，通信方僅能從指定區(qū)域內獲取有用的信息，有效防止光信息通過多模光纖傳輸之后發(fā)生全局擴散。在實際應用中，可以將S2主模式與現(xiàn)有的數字加密技術相結合，以進一步提高加密系統(tǒng)的可靠性。此外，該研究提出的調控手段未來可以擴展到其他多模波導或線性傳播系統(tǒng)中，為在復雜介質中探索更多新穎的光學模態(tài)提供新思路。該研究得到了國家自然科學基金(92050202, 62075132)、上海市自然科學基金項目(22ZR1443100)的支持。

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多模光纖主模式傳輸概念圖

文章鏈接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.510202