I fasci OAM possono essere generati in modo relativamente semplice attraverso opportune tecniche di sfasamento spaziale/elettrico e sono caratterizzati dalla presenza di un vortice lungo l’asse di propagazione, dove l’intensità si annulla, e da fronti d’onda intrecciati. In particolare, i modi vorticosi sono identificati da un indice azimutale l, positivo o negativo, a cui è legata la complessità del profilo di fase:  per l = 0, il corrispondente modo non è vorticoso e i fronti d’onda sono superfici multiple disconnesse; per l = ±1, il fronte d’onda è costituito da una superficie elicoidale singola, con lunghezza del passo pari alla lunghezza d’onda; infine, per l superiori, il profilo di fase è composto da |l| eliche distinte intrecciate.

Negli ultimi anni i fasci OAM hanno trovato applicazione in diversi campi di ricerca, quali l’ottica, le nanotecnologie, l’astronomia, la fisica del laser, fino alle nuove proposte per la crittografia e la codifica quantistica dell’informazione. Inoltre, l’ortogonalità tra modi vorticosi con diverso indice l ha suggerito un possibile utilizzo dell’OAM nell’ambito delle comunicazioni al fine di aumentare la capacità di trasmissione, suscitando notevole interesse prima in ottica [2] e, in seguito, nel campo delle frequenze radio [3]. L’idea alla base di questa applicazione è quella di utilizzare la caratteristica distribuzione spaziale di fase di ciascun modo OAM per trasmettere e ricevere, alla medesima frequenza, un insieme elevato di canali indipendenti.

Poiché da un punto di vista teorico non c’è limite al valore di OAM che un fascio elettromagnetico può trasportare, l’utilizzo dei modi vorticosi nel campo delle comunicazioni in spazio libero sembrava fornire una soluzione al problema della saturazione dello spettro radioelettrico [3]. Tuttavia, le peculiari caratteristiche fisiche di questi fasci e i limiti intrinseci sul numero massimo di sottocanali indipendenti nell’ambito di una comunicazione in spazio libero hanno ben presto suscitato un acceso dibattito nel mondo scientifico, volto a stabilire l’effettivo grado di innovazione di un metodo di comunicazione basato sull’OAM e ad evidenziarne i limiti pratici di applicabilità.

Tali questioni sono state approfondite dal Centro Ricerche RAI, in collaborazione con l’Università di Torino, dipartimento di Fisica, da un punto di vista teorico, numerico e sperimentale [4-9], partendo da una riformulazione del bilancio di potenza per trasmissioni OAM tra schiere d’antenne in grado di sfruttare il profilo di fase azimutale di un fascio vorticoso a seguito di un opportuno rifasamento del segnale in ricezione [5,6]. Tale formula ha permesso di descrivere con efficacia i risultati di una trasmissione multimodo OAM tra schiere circolari di antenne realizzata presso il Centro Ricerche RAI, in cui due segnali digitali televisivi (DVB-T), codificati come modi OAM di diverso indice l, sono stati trasmessi simultaneamente alla stessa frequenza e ricevuti con successo ad una distanza tre volte superiore alla soglia di far-field per il sistema considerato [7,8]. Nello specifico, due diversi flussi TV con programmi video/audio in alta-definizione (HD), precedentemente immagazzinati su PC, sono stati inviati a due modulatori DVB-T, entrambi operanti ad una frequenza di 198.5 MHz con schema 16-QAM, code rate 3/4, e successivamente codificati come modi OAM di indici l = 1 ed l = -1 tramite un encoder OAM opportunamente progettato, collegato ad una schiera circolare costituita da quattro antenne Yagi-Uda. Ad una distanza di 40 metri dal sistema trasmittente, il segnale è stato ricevuto da una schiera circolare analoga a quella trasmittente e separato nelle due componenti OAM da un decoder ricevente, collegato a due ricevitori DVB-T commerciali identici. In corrispondenza di un corretto puntamento tra le schiere di antenne considerate, l’isolamento tra i due canali OAM è stato valutato intorno ai 15 dB,  permettendo quindi la ricezione simultanea e corretta dei due programmi TV aventi la medesima frequenza.

Nonostante l’esito positivo di tale esperimento abbia dimostrato la possibilità di implementare facilmente una trasmissione multimodo OAM di piccola potenza (1mW) utilizzando schiere circolari di radiatori opportunamente alimentate, a distanze troppo elevate la ricezione sarà inevitabilmente ostacolata dal decadimento in potenza dei modi OAM, caratterizzati da un’intensità che si attenua maggiormente con la distanza nella regione centrale rispetto alla radiazione ordinaria. Pertanto, se da un lato risulta sconveniente utilizzare i modi vorticosi per comunicazioni a lunga distanza, dall’altro appare evidente classificare uno schema di trasmissione multimodo OAM come un particolare tipo di multiplexing spaziale. A tal proposito, al fine di valutarne le prestazioni, è stato effettuato un confronto rigoroso in termini di efficienza spettrale tra uno schema di multiplexing convenzionale tra schiere circolari uniformi di antenne e una trasmissione multimodo di fasci OAM [9]. L’approccio seguito ha indicato come le due tecniche considerate offrano la stessa performance soltanto nel caso di perfetto allineamento tra le antenne trasmittenti e riceventi. Al contrario, piccoli disallineamenti nella posizione delle schiere influiscono negativamente sullo schema OAM, evidenziando una maggiore robustezza del metodo di multiplexing tradizionale. Tuttavia, è importante notare che, in uno scenario realistico di comunicazione punto a punto, tecniche di beam-forming adattive potrebbero essere utilizzate per migliorare l’allineamento dei sistemi di trasmissione e ricezione, al fine di ripristinare la configurazione ottimale.

Infine, un’ indagine teorica e numerica è stata destinata all’ambito della trasmissione OAM in  guide d’onda, dove possibili vantaggi di carattere tecnologico potrebbero essere ottenuti in contesti caratterizzati da una simmetria circolare, come, ad esempio, guide d’onda circolari e coassiali e fibre ottiche.