Ukrainian Journal of Physical Optics


2026 Volume 27, Issue 1


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

A FREE-SPACE OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM WITH SINGULAR MULTIPLEXING OF CHANNELS

I. Mokhun, M. Vasnetsov, Yu. Galushko, Yu. Viktorovska, Ch. Felde, M. Karabchyivskyi and M. Kitsan

Author Information
1*I. Mokhun ORCID logo , 2M. Vasnetsov ORCID logo , 1,3Yu. Galushko ORCID logo , 1Yu. Viktorovska ORCID logo , 1Ch. Felde ORCID logo , 1M. Karabchyivskyi ORCID logo , 1M. Kitsan ORCID logo
1Chernivtsi National University, Correlation Optics Department, 2 Kotsiubynskoho Str, Chernivtsi, 58012, Ukraine
2Institute of Physics of the NAS of Ukraine, 46 Nauki Ave, Kyiv, 03028, Ukraine
3Technical-engineering laboratories spectrum LTD, 106 Nezalejnosti Ave, Chernivtsi, 58029, Ukraine
*Corresponding author: i.mokhun@chnu.edu.ua

ABSTRACT

The paper demonstrates the practical implementation of a free-space optical communication system with singular-channel multiplexing, in which the aggregated arrivals are formed as an incoherent superposition of optical vortex beams. It is experimentally shown that elementary optical vortex beams can be separated by diffracting the aggregated arrivals on a vortex hologram. With the right choice of system parameters, a sufficiently high signal-to-noise ratio can be achieved even if the center of the aggregated arrivals shifts relative to the center of the analyzing vortex hologram.

Keywords: free-space optical communication system, multiplexing, vortex, computer-generated hologram, signal-to-noise ratio, space filtration

UDC: 535.8, 654

    1. D'Amico, M., Leva, A., & Micheli, B. (2003). Free-space optics communication systems: First results from a pilot field-trial in the surrounding area of Milan, Italy. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 13(8), 305-307.
      doi:10.1109/LMWC.2003.815699
    2. Hughes, R. J., Nordholt, J. E., Derkacs, D., & Peterson, C. G. (2002). Practical free-space quantum keydistribution over 10 km in daylight and at night. New Journal of Physics, 4(1), 43.
      doi:10.1088/1367-2630/4/1/343
    3. Gibson, G., Courtial, J., Padgett, M. J., Vasnetsov, M., Pas' ko, V., Barnett, S. M., & Franke-Arnold, S. (2004). Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum. Optics Express, 12(22), 5448-5456.
      doi:10.1364/OPEX.12.005448
    4. Mokhun, I., Vasnetsov, M., Felde, C., Galushko, Y., Karabchiyvskiy, M., & Viktorovskaya, Y. (2024). Channel multiplexing of FSO systems based on singular optics approaches. Journal of Optics, 26(7), 075703.
      doi:10.1088/2040-8986/ad535d
    5. Allen, L., Padgett, M. J., & Babiker, M. (1999). IV The orbital angular momentum of light. In Progress in Optics (Vol. 39, pp. 291-372). Elsevier.
      doi:10.1016/S0079-6638(08)70391-3
    6. Allen, L., Barnett, S. M., & Padgett, M. J. (2016). Optical angular momentum. CRC press.
      doi:10.1201/9781482269017
    7. Vasnetsov, M. V., Marienko, I. G., & Soskin, M. S. (2000). Self-reconstruction of an optical vortex. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 71(4), 130-133.
      doi:10.1134/1.568297
    8. Masajada, J. (2000). Half-plane diffraction in the case of Gaussian beams containing an optical vortex. Optics Communications, 175(4-6), 289-294.
      doi:10.1016/S0030-4018(00)00470-3
    9. Bekshaev, A. Y., Mohammed, K. A., & Kurka, I. A. (2014). Transverse energy circulation and the edge diffraction of an optical vortex beam. Applied Optics, 53(10), B27-B37.
      doi:10.1364/AO.53.000B27
    10. Bekshaev, A., Chernykh, A., Khoroshun, A., & Mikhaylovskaya, L. (2016). Localization and migration of phase singularities in the edge-diffracted optical-vortex beams. Journal of Optics, 18(2), 024011.
      doi:10.1088/2040-8978/18/2/024011
    11. Bekshaev, A., Chernykh, A., Khoroshun, A., & Mikhaylovskaya, L. (2017). Displacements and evolution of optical vortices in edge-diffracted Laguerre-Gaussian beams. Journal of Optics, 19(5), 055605.
      doi:10.1088/2040-8986/aa6352
    12. Nye, J. F. (1999). Natural focusing and fine structure of light: caustics and wave dislocations. CRC Press.
      doi:10.1119/1.19543
    13. Nye, J. F., & Berry, M. V. (1974). Dislocations in wave trains. Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences, 336(1605), 165-190.
      doi:10.1098/rspa.1974.0012
    14. Soskin, M. S., & Vasnetsov, M. V. (2001). Singular optics. In Progress in Optics (Vol. 42, pp. 219-276). Elsevier.
      doi:10.1016/S0079-6638(01)80018-4
    15. Senthilkumaran, P. (2024). Singularities in physics and engineering. IOP Publishing.
      doi:10.1088/978-0-7503-4982-6
    16. Mokhun, I.I. (2007). Introduction to linear singular optics, Chapter 1 In Optical correlation techniques and applications. Ed. O.V.Angelsky. SPIE press, Bellingham, Washington, USA.
      doi:10.1117/3.714999.ch1
    17. Heckenberg, N. R., McDuff, R., Smith, C. P., & White, A. G. (1992). Generation of optical phase singularities by computer-generated holograms. Optics Letters, 17(3), 221-223.
      doi:10.1364/OL.17.000221
    18. Basistiy, I. V., Soskin, M. S., & Vasnetsov, M. V. (1995). Optical wavefront dislocations and their properties. Optics Communications, 119(5-6), 604-612.
      doi:10.1016/0030-4018(95)00267-C
    19. Houghton, A. (Ed.). (2012). Error coding for engineers (Vol. 641). Springer Science & Business Media.

    У статті демонструється практична реалізація FSO системи зв’язку з сингулярним мультиплексуванням каналів, в якій груповий потік формуються як некогерентна суперпозиція вихрових пучків. Експериментально показано, що елементарні вихрові пучки можуть бути розділені шляхом дифракції групового потоку на вихровій голограмі. При правильному виборі параметрів системи можна досягти достатньо високого співвідношення сигнал/шум, навіть якщо центр групового потоку зміщується відносно центру аналізуючої вихрової голограми. FSO система зв’язку, мультиплексування, вихор, комп'ютерно-генерована голограма, співвідношення сигнал/шум, просторова фільтрація

    Ключові слова: FSO система зв’язку, мультиплексування, вихор, комп'ютерно-генерована голограма, співвідношення сигнал/шум, просторова фільтрація

Free download this article 

This work is licensed under CC BY 4.0