تقنيات التعدد البصري وتطبيقاتها على الرقاقة: مراجعة

تقنيات التعدد البصري ودمجها لتطبيقات على الرقاقة والاتصالات عبر الألياف الضوئيةمراجعة

تُعدّ تقنيات التعدد الضوئي موضوعًا بحثيًا ملحًا، ويُجري الباحثون في جميع أنحاء العالم دراسات معمقة في هذا المجال. على مرّ السنين، طُرحت العديد من تقنيات التعدد، مثل تعدد تقسيم الطول الموجي (WDM)، وتعدد تقسيم الأنماط (MDM)، وتعدد تقسيم الفضاء (SDM)، وتعدد الاستقطاب (PDM)، وتعدد الزخم الزاوي المداري (OAMM). تُمكّن تقنية تعدد تقسيم الطول الموجي (WDM) من إرسال إشارتين ضوئيتين أو أكثر بأطوال موجية مختلفة في وقت واحد عبر ليف بصري واحد، مستفيدةً استفادةً كاملةً من خصائص الليف منخفضة الفقد في نطاق واسع من الأطوال الموجية. طُرحت النظرية لأول مرة من قِبل ديلانج في عام 1970، ولم تبدأ الأبحاث الأساسية لتقنية WDM إلا في عام 1977، والتي ركّزت على تطبيقها في شبكات الاتصالات. ومنذ ذلك الحين، ومع التطور المستمر لـالألياف البصرية, مصدر ضوء, كاشف ضوئيوفي مجالات أخرى، تسارع استكشاف تقنية تقسيم الطول الموجي (WDM). وتكمن ميزة تعدد الإرسال بالاستقطاب (PDM) في إمكانية مضاعفة كمية الإشارة المرسلة، حيث يمكن توزيع إشارتين مستقلتين عند موضع الاستقطاب المتعامد لنفس حزمة الضوء، ويتم فصل قناتي الاستقطاب وتحديدهما بشكل مستقل عند جهاز الاستقبال.

مع استمرار تزايد الطلب على معدلات نقل بيانات أعلى، حظي عنصر الفضاء، وهو آخر درجات حرية تعدد الإرسال، باهتمام بالغ خلال العقد الماضي. ومن بين هذه العناصر، تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الأنماط (MDM)، التي تُولّد بشكل أساسي بواسطة N من أجهزة الإرسال، ويتم تحقيقها باستخدام مُضاعِف الأنماط المكاني. في النهاية، تُرسَل الإشارة المدعومة بالنمط المكاني إلى الألياف ذات النمط المنخفض. أثناء انتشار الإشارة، تُعامل جميع الأنماط على نفس الطول الموجي كوحدة واحدة من القناة الفائقة لتقنية تعدد الإرسال بتقسيم الفضاء (SDM)، أي أنها تُضخّم وتُخفّف وتُجمع في آنٍ واحد، دون إمكانية معالجة الأنماط بشكل منفصل. في تقنية MDM، تُخصّص الخطوط المكانية المختلفة (أي الأشكال المختلفة) لنمط معين لقنوات مختلفة. على سبيل المثال، تُرسَل قناة عبر شعاع ليزر على شكل مثلث أو مربع أو دائرة. الأشكال المستخدمة في تقنية MDM في التطبيقات العملية أكثر تعقيدًا ولها خصائص رياضية وفيزيائية فريدة. تُعتبر هذه التقنية، بلا شك، أهم إنجاز ثوري في مجال نقل البيانات عبر الألياف الضوئية منذ ثمانينيات القرن الماضي. توفر تقنية MDM استراتيجية جديدة لتنفيذ المزيد من القنوات وزيادة سعة الربط باستخدام موجة حاملة واحدة. الزخم الزاوي المداري (OAM) هو خاصية فيزيائية للموجات الكهرومغناطيسية، حيث يتحدد مسار الانتشار بواسطة جبهة الموجة الحلزونية. وبما أن هذه الخاصية تُستخدم لإنشاء قنوات منفصلة متعددة، فإن تقنية تعدد الإرسال اللاسلكي باستخدام الزخم الزاوي المداري (OAMM) تُمكن من زيادة معدل الإرسال بشكل فعال في عمليات الإرسال عالية السرعة (مثل الربط اللاسلكي الخلفي أو الأمامي).