Optische multiplexingtechnieken en hun toepassing op chips: een overzicht

Optische multiplexingtechnieken en hun combinatie voor on-chip enoptische vezelcommunicatie: een recensie

Optische multiplexingtechnieken vormen een urgent onderzoeksonderwerp, en wetenschappers over de hele wereld verrichten diepgaand onderzoek op dit gebied. In de loop der jaren zijn er vele multiplexingtechnologieën voorgesteld, zoals golflengteverdelingmultiplexing (WDM), modusverdelingmultiplexing (MDM), ruimtelijke verdelingmultiplexing (SDM), polarisatiemultiplexing (PDM) en orbitaal hoekmomentmultiplexing (OAMM). Golflengteverdelingmultiplexing (WDM) maakt het mogelijk om twee of meer optische signalen met verschillende golflengten gelijktijdig door één enkele vezel te verzenden, waarbij optimaal gebruik wordt gemaakt van de lage verlieseigenschappen van de vezel over een groot golflengtebereik. De theorie werd voor het eerst voorgesteld door Delange in 1970, en pas in 1977 begon het fundamentele onderzoek naar WDM-technologie, dat zich richtte op de toepassing ervan in communicatienetwerken. Sindsdien is de technologie continu verder ontwikkeld.optische vezel, lichtbron, fotodetectorOok in andere vakgebieden is de ontwikkeling van WDM-technologie in een stroomversnelling geraakt. Het voordeel van polarisatiemultiplexing (PDM) is dat de hoeveelheid signaaloverdracht kan worden vermenigvuldigd, omdat twee onafhankelijke signalen kunnen worden verdeeld over de orthogonale polarisatieposities van dezelfde lichtbundel, en de twee polarisatiekanalen aan de ontvangende kant worden gescheiden en onafhankelijk van elkaar worden geïdentificeerd.

Naarmate de vraag naar hogere datasnelheden blijft groeien, is de laatste vrijheidsgraad van multiplexing, de ruimte, de afgelopen tien jaar intensief bestudeerd. Modusdivisiemultiplexing (MDM) wordt voornamelijk gegenereerd door N zenders, wat wordt gerealiseerd door een ruimtelijke modusmultiplexer. Het signaal, ondersteund door de ruimtelijke modus, wordt vervolgens naar de laag-modusvezel verzonden. Tijdens de signaalpropagatie worden alle modi op dezelfde golflengte behandeld als één eenheid van het SDM-superkanaal (Space Division Multiplexing), wat betekent dat ze gelijktijdig worden versterkt, verzwakt en opgeteld, zonder dat afzonderlijke modusverwerking mogelijk is. Bij MDM worden verschillende ruimtelijke contouren (dat wil zeggen, verschillende vormen) van een patroon toegewezen aan verschillende kanalen. Een kanaal wordt bijvoorbeeld verzonden via een laserstraal in de vorm van een driehoek, vierkant of cirkel. De vormen die MDM in praktijktoepassingen gebruikt, zijn complexer en hebben unieke wiskundige en fysische eigenschappen. Deze technologie is wellicht de meest revolutionaire doorbraak in glasvezeldatatransmissie sinds de jaren 80. MDM-technologie biedt een nieuwe strategie om meer kanalen te implementeren en de verbindingscapaciteit te vergroten met behulp van één enkele golflengtedrager. Orbitaal impulsmoment (OAM) is een fysische eigenschap van elektromagnetische golven waarbij het voortplantingspad wordt bepaald door het spiraalvormige fasefront. Omdat deze eigenschap kan worden gebruikt om meerdere afzonderlijke kanalen te creëren, kan draadloze orbitaal impulsmomentmultiplexing (OAMM) de transmissiesnelheid effectief verhogen bij snelle verbindingen (zoals draadloze backhaul of forward).