เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบออปติคอลและการผสมผสานสำหรับออนชิป: บทวิจารณ์

เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบออปติคอลและการผสมผสานระหว่างออนชิปและการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง: บทวิจารณ์

เทคนิคการมัลติเพล็กซ์แบบออปติคัลเป็นหัวข้อการวิจัยเร่งด่วน และนักวิชาการทั่วโลกกำลังทำการวิจัยเชิงลึกในสาขานี้ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา มีการเสนอเทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์มากมาย เช่น การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งโหมด (MDM) การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งพื้นที่ (SDM) การมัลติเพล็กซ์แบบโพลาไรเซชัน (PDM) และการมัลติเพล็กซ์แบบโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจร (OAMM) เทคโนโลยีการมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) ช่วยให้สามารถส่งสัญญาณออปติคัลสองสัญญาณขึ้นไปที่มีความยาวคลื่นต่างกันได้พร้อมกันผ่านเส้นใยแก้วเส้นเดียว ทำให้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการสูญเสียต่ำของเส้นใยแก้วในช่วงความยาวคลื่นขนาดใหญ่ได้อย่างเต็มที่ ทฤษฎีนี้ได้รับการเสนอครั้งแรกโดย Delange ในปี 1970 และการวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับเทคโนโลยี WDM เริ่มขึ้นในปี 1977 ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การใช้งานเครือข่ายการสื่อสาร ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเส้นใยแก้วนำแสง, แหล่งกำเนิดแสง, เครื่องตรวจจับภาพและสาขาอื่นๆ การสำรวจเทคโนโลยี WDM ของผู้คนก็เร่งตัวขึ้นเช่นกัน ข้อดีของการทำโพลาไรเซชันมัลติเพล็กซ์ (PDM) คือปริมาณการส่งสัญญาณสามารถทวีคูณได้ เนื่องจากสามารถกระจายสัญญาณอิสระสองสัญญาณที่ตำแหน่งโพลาไรเซชันมุมฉากของลำแสงเดียวกัน และช่องโพลาไรเซชันทั้งสองช่องจะแยกจากกันและระบุได้อย่างอิสระที่ปลายทางรับ

เนื่องจากความต้องการอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ระดับอิสระสุดท้ายของการมัลติเพล็กซ์ ซึ่งก็คือพื้นที่ ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ในจำนวนนั้น โหมดการแบ่งมัลติเพล็กซ์ (Mode Division Multiplexing: MDM) สร้างขึ้นโดยเครื่องส่งสัญญาณ N เครื่องเป็นหลัก ซึ่งทำได้โดยมัลติเพล็กซ์โหมดเชิงพื้นที่ ในที่สุด สัญญาณที่รองรับโดยโหมดเชิงพื้นที่จะถูกส่งไปยังไฟเบอร์โหมดต่ำ ในระหว่างการแพร่กระจายสัญญาณ โหมดทั้งหมดที่มีความยาวคลื่นเดียวกันจะได้รับการปฏิบัติเป็นหน่วยหนึ่งของซูเปอร์แชนเนลการแบ่งมัลติเพล็กซ์อวกาศ (Space Division Multiplexing: SDM) กล่าวคือ โหมดเหล่านี้จะถูกขยาย ลดทอน และเพิ่มพร้อมกัน โดยไม่สามารถบรรลุการประมวลผลโหมดแยกกันได้ ใน MDM โครงร่างเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน (กล่าวคือ รูปร่างที่แตกต่างกัน) ของรูปแบบจะถูกกำหนดให้กับแชนเนลที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น แชนเนลจะถูกส่งผ่านลำแสงเลเซอร์ที่มีรูปร่างเหมือนสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยมจัตุรัส หรือวงกลม รูปร่างที่ MDM ใช้ในแอปพลิเคชันในโลกแห่งความเป็นจริงมีความซับซ้อนมากกว่าและมีลักษณะทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่ไม่ซ้ำใคร เทคโนโลยีนี้ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่สุดในการส่งข้อมูลผ่านใยแก้วนำแสงตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 เทคโนโลยี MDM นำเสนอแนวทางใหม่ในการใช้ช่องสัญญาณมากขึ้นและเพิ่มความจุของลิงก์โดยใช้ตัวพาความยาวคลื่นเดียว Orbital Angular Momentum (OAM) เป็นลักษณะทางกายภาพของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเส้นทางการแพร่กระจายจะถูกกำหนดโดยหน้าคลื่นเฟสเกลียว เนื่องจากคุณสมบัตินี้สามารถใช้เพื่อสร้างช่องสัญญาณแยกกันหลายช่องสัญญาณได้ การมัลติเพล็กซ์ Orbital Angular Momentum แบบไร้สาย (OAMM) จึงสามารถเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพในการส่งข้อมูลแบบจุดต่อจุด (เช่น การส่งข้อมูลแบบแบ็คฮอลหรือส่งต่อแบบไร้สาย)