कक्षीय कोणीय गति बहुसंकेतन

कक्षीय कोणीय संवेग (ओएएम) बहुसंकेतन विभिन्न ऑर्थोगोनल संकेतों के बीच अंतर करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों के कक्षीय कोणीय गति का उपयोग करके विद्युत चुम्बकीय तरंगों पर किए गए संकेतों के बहुसंकेतन के लिए एक भौतिक परत (फिजिकल लेयर) विधि है।

कक्षीय कोणीय संवेग प्रकाश के कोणीय संवेग के दो रूपों में से एक है। ओएएम अलग है, और हल्के स्पिन कोणीय गति से भ्रमित नहीं होना चाहिए। प्रकाश की स्पिन कोणीय गति परिपत्र ध्रुवीकरण के दो राज्यों के अनुरूप केवल दो ओर्थोगोनल क्वांटम राज्य प्रदान करती है और इसे ध्रुवीकरण बहुसंकेतन और चरण स्थानांतरण के संयोजन के बराबर प्रदर्शित किया जा सकता है। दूसरी ओर ओएएम प्रकाश की एक विस्तारित बीम पर निर्भर करता है, और स्वतंत्रता की उच्च मात्रा की डिग्री जो विस्तार के साथ आती है। ओएएम बहुसंकेतन इस प्रकार राज्यों के एक संभावित असीमित सेट तक पहुंच सकता है और इस तरह चैनलों की एक बड़ी संख्या की पेशकश करता है, जो केवल वास्तविक दुनिया प्रकाशिकी की बाधा के अधीन है। कठोर ग्रीन फ़ंक्शन विधि के संयोजन के साथ, कोणीय-वर्णक्रमीय विश्लेषण के माध्यम से स्वतंत्र बिखरने वाले चैनलों या बिखरे हुए क्षेत्रों की स्वतंत्रता की डिग्री के संदर्भ में बाधा को स्पष्ट किया गया है। एक पूर्वनिर्धारित भौतिक एपर्चर के साथ, एक प्लानर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक डिवाइस, जैसे एंटीना, मेटासुरफेस इत्यादि द्वारा लॉन्च किए गए मनमाने ढंग से स्थानिक-मोड मल्टीप्लेक्सिंग के लिए स्वतंत्रता सीमा की डिग्री सार्वभौमिक है।

2013 तक, हालांकि ओएएम बहुसंकेतन बैंडविड्थ में बहुत महत्वपूर्ण सुधार का वादा करता है जब अन्य मौजूदा मॉडुलन और बहुसंकेतन योजनाओं के साथ संगीत कार्यक्रम में उपयोग किया जाता है, यह अभी भी एक प्रायोगिक तकनीक है और अभी तक केवल प्रयोगशाला में प्रदर्शित किया गया है। शुरुआती दावे के बाद कि ओएएम सूचना प्रसार के एक नए क्वांटम मोड का शोषण करता है, तकनीक विवादास्पद हो गई है, कई अध्ययनों से यह सुझाव दिया जा सकता है कि इसे विशुद्ध रूप से शास्त्रीय घटना के रूप में मॉडलिंग किया जा सकता है, इसके बारे में एक विशेष रूप से संशोधित एमआईएमओ बहुसंकेतन रणनीति के रूप में शास्त्रीय पालन किया जा सकता है। सूचना-सैद्धांतिक सीमा।

2020 तक, रेडियो टेलीस्कोप अवलोकनों के नए साक्ष्य बताते हैं कि खगोलीय पैमाने पर प्राकृतिक घटनाओं में रेडियो-आवृत्ति कक्षीय कोणीय गति देखी जा सकती है, एक घटना जो अभी भी जांच के अधीन है।

इतिहास
ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग को 2004 की शुरुआत में ही मुक्त स्थान में प्रकाश पुंज का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया था। तब से, ओएएम में अनुसंधान दो क्षेत्रों में आगे बढ़ा है: रेडियो फ्रीक्वेंसी और ऑप्टिकल ट्रांसमिशन।

स्थलीय प्रयोग
2011 में एक प्रयोग ने 442 मीटर की दूरी पर दो असंगत रेडियो संकेतों के ओएएम बहुसंकेतन का प्रदर्शन किया। यह दावा किया गया है कि पारंपरिक लीनियर-मोमेंटम-आधारित आर एफ सिस्टम जो पहले से ही एमआईएमओ (MIMO) का उपयोग करते हैं, के साथ जो हासिल किया जा सकता है, उसमें ओएएम सुधार नहीं करता है, क्योंकि सैद्धांतिक काम से पता चलता है कि, रेडियो फ्रीक्वेंसी पर, पारंपरिक एमआईएमओ तकनीकों को कई लीनियर की नकल करने के लिए दिखाया जा सकता है। -ओएएम ले जाने वाले रेडियो बीम के संवेग गुण, जिससे बहुत कम या कोई अतिरिक्त प्रदर्शन लाभ नहीं होता है ।

नवंबर 2012 में, तम्बुरिनी और थिड के अनुसंधान समूहों और संचार इंजीनियरों और भौतिकविदों के कई अलग-अलग शिविरों के बीच रेडियो फ्रीक्वेंसी पर ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग की बुनियादी सैद्धांतिक अवधारणा के बारे में असहमति की खबरें थीं, कुछ ने अपने विश्वास की घोषणा करते हुए कहा कि ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग सिर्फ एक था एमआईएमओ का कार्यान्वयन, और अन्य अपने इस दावे पर कायम हैं कि ओएएम बहुसंकेतन एक अलग, प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई घटना है।

2014 में, शोधकर्ताओं के एक समूह ने 2.5 मीटर की दूरी पर 32 गीगाबाइट/ सेकंड  की कुल बैंडविड्थ प्राप्त करने के लिए ओएएम और ध्रुवीकरण-मोड मल्टीप्लेक्सिंग के संयोजन का उपयोग करके मल्टीप्लेक्स किए गए 8 मिलीमीटर-तरंग चैनलों पर एक संचार लिंक के कार्यान्वयन का वर्णन किया। ये परिणाम एडफ़ोर्स एट अल द्वारा गंभीर रूप से सीमित दूरी के बारे में की गई भविष्यवाणियों से अच्छी तरह सहमत हैं।

लंबी दूरी की माइक्रोवेव ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग में औद्योगिक रुचि 2015 से कम होती जा रही है, जब रेडियो फ्रीक्वेंसी पर ओएएम आधारित संचार के कुछ मूल प्रवर्तकों (सियाई माइक्रोएलेट्रोनिका सहित) ने एक सैद्धांतिक जांच प्रकाशित की है जिसमें दिखाया गया है कि कोई वास्तविक नहीं है क्षमता और समग्र एंटीना कब्जे के मामले में पारंपरिक स्थानिक बहुसंकेतन से आगे बढ़ें।

रेडियो खगोल विज्ञान
2019 में, रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी के मासिक नोटिस में प्रकाशित एक पत्र ने सबूत प्रस्तुत किया कि M87 * ब्लैक होल के आसपास से OAM रेडियो सिग्नल प्राप्त हुए थे, जो 50 मिलियन प्रकाश-वर्ष से अधिक दूर थे, यह सुझाव देते हुए कि ऑप्टिकल कोणीय गति की जानकारी खगोलीय दूरियों पर प्रसारित हो सकती है।

ऑप्टिकल
ऑप्टिकल डोमेन में ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग का परीक्षण किया गया है। 2012 में, शोधकर्ताओं ने प्रकाश की एक किरण में 8 अलग-अलग OAM चैनलों का उपयोग करके 2.5 tbits/s तक की OAM-multiplexed ऑप्टिकल ट्रांसमिशन गति का प्रदर्शन किया, लेकिन केवल मोटे तौर पर एक मीटर के एक बहुत ही कम फ्री-स्पेस पथ पर।

ऑप्टिकल
ऑप्टिकल डोमेन में ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग का परीक्षण किया गया है। 2012 में, शोधकर्ताओं ने प्रकाश की एक किरण में 8 अलग-अलग ओएएम चैनलों का उपयोग करके 2.5 टेराबाइट्स/सेकंड तक की ओएएम-मल्टीप्लेक्स ऑप्टिकल ट्रांसमिशन गति का प्रदर्शन किया, लेकिन केवल मोटे तौर पर एक मीटर के एक बहुत ही कम फ्री-स्पेस पथ पर।[1][12] ] लंबी दूरी के व्यावहारिक मुक्त-अंतरिक्ष ऑप्टिकल संचार लिंक के लिए ओएएम तकनीकों को लागू करने पर काम चल रहा है।

ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग को मौजूदा लंबी दूरी के ऑप्टिकल फाइबर सिस्टम में लागू नहीं किया जा सकता है, क्योंकि ये सिस्टम सिंगल-मोड फाइबर पर आधारित हैं, जो स्वाभाविक रूप से प्रकाश के ओएएम राज्यों का समर्थन नहीं करते हैं। इसके बजाय, कुछ-मोड या मल्टी-मोड फाइबर का उपयोग करने की आवश्यकता है। ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग कार्यान्वयन के लिए अतिरिक्त समस्या पारंपरिक तंतुओं में मौजूद मोड युग्मन के कारण होती है, जो सामान्य परिस्थितियों में मोड के स्पिन कोणीय गति में परिवर्तन का कारण बनती है और जब फाइबर मुड़े हुए या तनावग्रस्त होते हैं तो कक्षीय कोणीय गति में परिवर्तन होता है। इस मोड की अस्थिरता के कारण, लंबी दूरी के संचार में डायरेक्ट-डिटेक्शन ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग अभी तक महसूस नहीं किया गया है। 2012 में, बोस्टन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा विशेष तंतुओं पर 20 मीटर के बाद 97% शुद्धता वाले ओएएम राज्यों के प्रसारण का प्रदर्शन किया गया था। बाद के प्रयोगों ने 50 मीटर की दूरी पर इन तरीकों के स्थिर प्रसार को दिखाया है, और इस दूरी में और सुधार चल रहे काम का विषय है। भविष्य के फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन सिस्टम पर ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग कार्य करने पर चल रहे अन्य शोध में ऑप्टिकल पोलराइजेशन मल्टीप्लेक्सिंग में मोड रोटेशन की भरपाई के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकों के समान तकनीकों का उपयोग करने की संभावना शामिल है। [उद्धरण वांछित]

डायरेक्ट-डिटेक्शन ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग का विकल्प (एमआईएमओ) डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) दृष्टिकोण के साथ एक कम्प्यूटेशनल रूप से जटिल सुसंगत-डिटेक्शन है, जिसका उपयोग लंबी दूरी के संचार को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है, जहां मजबूत मोड युग्मन के लिए फायदेमंद होने का सुझाव दिया गया है। सुसंगत-पहचान-आधारित प्रणालियाँ।

शुरुआत में, लोग कई चरण प्लेट या स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिक को नियोजित करके ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग प्राप्त करते हैं। एक ऑन-चिप ओएएम बहुसंकेतक तब अनुसंधान में रूचि रखता था। 2012 में, टाईहुई सु एट अल द्वारा एक पेपर। एक एकीकृत ओएएम बहुसंकेतक का प्रदर्शन किया। क्सीनलूं के (Xinlun Cai) द्वारा 2012 में अपने पेपर के साथ एकीकृत ओएएम बहुसंकेतकों के लिए विभिन्न समाधानों का प्रदर्शन किया गया। 2019 में, जन मार्कस बाउमन एट अल। ओएएम बहुसंकेतन के लिए एक चिप तैयार की।

ऑप्टिकल-फाइबर सिस्टम में व्यावहारिक प्रदर्शन
बोज़िनोविक एट अल द्वारा एक पेपर। 2013 में साइंस में प्रकाशित 1.1 किमी परीक्षण पथ पर ओएएम-मल्टीप्लेक्स फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन सिस्टम के सफल प्रदर्शन का दावा करता है। परीक्षण प्रणाली "भंवर" अपवर्तक-सूचकांक प्रोफ़ाइल वाले फाइबर का उपयोग करके एक साथ 4 अलग-अलग ओएएम चैनलों का उपयोग करने में सक्षम थी। उन्होंने एक ही उपकरण का उपयोग करते हुए संयुक्त ओएएम और डब्ल्यूडीएम का भी प्रदर्शन किया लेकिन केवल दो ओएएम मोड का उपयोग किया।

कैस्पर इंगर्सलेव एट अल द्वारा एक पेपर। 2018 में ऑप्टिक्स एक्सप्रेस में प्रकाशित 1.2 किमी एयर-कोर फाइबर पर 12 ऑर्बिटल एंगुलर मोमेंटा (ओएएम) मोड का एमआईएमओ-मुक्त संचरण प्रदर्शित करता है। 10 जीबीएयूडी क्यूपीएसके सिग्नल के साथ 60, 25 गीगाहर्ट्ज स्पेस वाले डब्ल्यूडीएम चैनल का उपयोग करके सिस्टम की डब्ल्यूडीएम संगतता दिखाई गई है।

पारंपरिक ऑप्टिकल-फाइबर सिस्टम में व्यावहारिक प्रदर्शन
2014 में, जी. मिलियोन एट अल द्वारा लेख और एच हुआंग एट अल पारंपरिक ऑप्टिकल फाइबर के 5 किमी के दायरे में ओएएम-मल्टीप्लेक्स फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन सिस्टम के पहले सफल प्रदर्शन का दावा किया, यानी एक सर्कुलर कोर और एक ग्रेडेड इंडेक्स प्रोफाइल वाला ऑप्टिकल फाइबर। बोज़िनोविक एट अल के काम के विपरीत, जिसमें एक कस्टम ऑप्टिकल फाइबर का इस्तेमाल किया गया था जिसमें "वोर्टेक्स" अपवर्तक-सूचकांक प्रोफ़ाइल थी, जी मिलियोन एट अल द्वारा काम और एच हुआंग एट अल द्वारा दिखाया गया है कि ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग फाइबर के भीतर मोड मिश्रण के लिए डिजिटल एमआईएमओ पोस्ट-प्रोसेसिंग का उपयोग करके वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल फाइबर में किया जा सकता है। यह विधि प्रणाली में परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील है जो प्रसार के दौरान मोड के मिश्रण को बदलते हैं, जैसे कि फाइबर के झुकने में परिवर्तन, और बड़ी संख्या में स्वतंत्र मोड तक स्केल करने के लिए पर्याप्त संगणना संसाधनों की आवश्यकता होती है, लेकिन यह बहुत अच्छा वादा दिखाता है।

2018 में रॉयल मेलबोर्न इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में ज़ेंगजी यू, हाओरन रेन, शिबियाओ वेई, जिओ लिन और मिन गु ने इस तकनीक को छोटा किया, इसे एक बड़ी डिनर टेबल के आकार से छोटा करके एक छोटी चिप में बदल दिया जिसे संचार नेटवर्क में एकीकृत किया जा सकता है।. यह चिप, वे भविष्यवाणी कर सकते हैं, फाइबर-ऑप्टिक केबलों की क्षमता को कम से कम 100 गुना बढ़ा सकते हैं और प्रौद्योगिकी के और विकसित होने की संभावना अधिक है।

यह भी देखें

 * प्रकाश का कोणीय संवेग
 * ऑप्टिकल वोर्टेक्स
 * ध्रुवीकरण-विभाजन बहुसंकेतन
 * वर्टिसिटी
 * वेवलेंथ डिविज़न मल्टिप्लेक्सिंग

बाहरी कड़ियाँ

 * * Siae Microelettronica patent