เทคนิคการมัลติเพล็กซ์เชิงแสงและการผสานรวมเพื่อใช้งานบนชิป: บทวิจารณ์

เทคนิคการมัลติเพล็กซ์เชิงแสงและการผสานรวมเทคนิคเหล่านี้สำหรับการใช้งานบนชิปและการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง: บทวิจารณ์

เทคนิคการมัลติเพล็กซ์เชิงแสงเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญและเร่งด่วน และนักวิชาการทั่วโลกกำลังทำการวิจัยเชิงลึกในสาขานี้ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา มีการเสนอเทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์มากมาย เช่น การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM), การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งโหมด (MDM), การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ (SDM), การมัลติเพล็กซ์แบบโพลาไรเซชัน (PDM) และการมัลติเพล็กซ์แบบโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจร (OAMM) เทคโนโลยีการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณแสงสองสัญญาณขึ้นไปที่มีความยาวคลื่นต่างกันพร้อมกันผ่านใยแก้วนำแสงเส้นเดียว โดยใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะการสูญเสียต่ำของใยแก้วนำแสงในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างอย่างเต็มที่ ทฤษฎีนี้ได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Delange ในปี 1970 และจนกระทั่งปี 1977 การวิจัยพื้นฐานของเทคโนโลยี WDM จึงเริ่มต้นขึ้น โดยมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้ในเครือข่ายการสื่อสาร นับตั้งแต่นั้นมา ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของ...ใยแก้วนำแสง, แหล่งกำเนิดแสง, โฟโตดีเทคเตอร์และในสาขาอื่นๆ การสำรวจเทคโนโลยี WDM ของผู้คนก็เร่งตัวขึ้นเช่นกัน ข้อดีของการมัลติเพล็กซ์แบบโพลาไรเซชัน (PDM) คือปริมาณการส่งสัญญาณสามารถเพิ่มขึ้นได้ เนื่องจากสามารถกระจายสัญญาณอิสระสองสัญญาณไปยังตำแหน่งโพลาไรเซชันตั้งฉากของลำแสงเดียวกันได้ และช่องสัญญาณโพลาไรเซชันทั้งสองจะถูกแยกและระบุอย่างอิสระที่ปลายทางรับ

เนื่องจากความต้องการอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ขอบเขตสุดท้ายของการมัลติเพล็กซ์ นั่นคือ พื้นที่ จึงได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ในบรรดาเทคนิคต่างๆ นั้น การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งโหมด (MDM) ส่วนใหญ่สร้างขึ้นโดยตัวส่งสัญญาณ N ตัว ซึ่งทำได้โดยตัวมัลติเพล็กเซอร์โหมดเชิงพื้นที่ สุดท้าย สัญญาณที่รองรับโดยโหมดเชิงพื้นที่จะถูกส่งไปยังใยแก้วนำแสงโหมดต่ำ ในระหว่างการแพร่กระจายสัญญาณ โหมดทั้งหมดที่มีความยาวคลื่นเดียวกันจะถูกพิจารณาว่าเป็นหน่วยของช่องสัญญาณซูเปอร์ของการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ (SDM) กล่าวคือ พวกมันจะถูกขยาย ลดทอน และรวมกันพร้อมกัน โดยไม่สามารถประมวลผลโหมดแยกกันได้ ใน MDM รูปทรงเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน (นั่นคือ รูปร่างที่แตกต่างกัน) ของรูปแบบจะถูกกำหนดให้กับช่องสัญญาณที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ช่องสัญญาณจะถูกส่งผ่านลำแสงเลเซอร์ที่มีรูปร่างเหมือนสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม หรือวงกลม รูปร่างที่ใช้โดย MDM ในการใช้งานจริงนั้นซับซ้อนกว่าและมีลักษณะทางคณิตศาสตร์และทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ เทคโนโลยีนี้ถือได้ว่าเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่สุดในด้านการส่งข้อมูลด้วยใยแก้วนำแสงนับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เทคโนโลยี MDM นำเสนอกลยุทธ์ใหม่ในการใช้งานช่องสัญญาณมากขึ้นและเพิ่มความจุของลิงก์โดยใช้คลื่นพาหะความยาวคลื่นเดียว โมเมนตัมเชิงมุมวงโคจร (OAM) เป็นคุณลักษณะทางกายภาพของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเส้นทางการแพร่กระจายถูกกำหนดโดยหน้าคลื่นเฟสแบบเกลียว เนื่องจากคุณลักษณะนี้สามารถใช้เพื่อสร้างช่องสัญญาณแยกกันได้หลายช่อง การมัลติเพล็กซ์โมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรแบบไร้สาย (OAMM) จึงสามารถเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพในการส่งข้อมูลจากที่สูงไปยังจุดเดียว (เช่น การรับส่งข้อมูลไร้สายแบบแบ็คฮอลหรือฟอร์เวิร์ด)