कक्षीय कोणीय गति बहुसंकेतन

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कक्षीय कोणीय गति (OAM) बहुसंकेतन विभिन्न ऑर्थोगोनल संकेतों के बीच अंतर करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंग ों के प्रकाश कक्षीय कोणीय गति का उपयोग करके विद्युत चुम्बकीय तरंगों पर किए गए बहुसंकेतन संकेतों के लिए एक भौतिक परत विधि है।[1] 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 राज्यों की पेशकश 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। [2] स्वतंत्रता सीमा की डिग्री मनमाने ढंग से स्थानिक-मोड मल्टीप्लेक्सिंग के लिए सार्वभौमिक है, जो कि पूर्वनिर्धारित भौतिक एपर्चर के साथ एक प्लानर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक डिवाइस, जैसे एंटीना, मेटासुरफेस, आदि द्वारा लॉन्च किया जाता है।

As of 2013, हालांकि OAM 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।

As of 2020, रेडियो टेलीस्कोप प्रेक्षणों के नए साक्ष्य बताते हैं कि खगोलीय पैमानों पर प्राकृतिक घटनाओं में रेडियो-आवृत्ति कक्षीय कोणीय संवेग देखा गया हो सकता है, एक घटना जो अभी भी जांच के अधीन है।[3]


इतिहास

OAM मल्टीप्लेक्सिंग को 2004 की शुरुआत में मुक्त स्थान में प्रकाश पुंज का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया था।[4] तब से, ओएएम में अनुसंधान दो क्षेत्रों में आगे बढ़ा है: रेडियो फ्रीक्वेंसी और ऑप्टिकल ट्रांसमिशन।

रेडियो फ्रीक्वेंसी

स्थलीय प्रयोग

2011 में एक प्रयोग ने 442 मीटर की दूरी पर दो असंगत रेडियो संकेतों के ओएएम बहुसंकेतन का प्रदर्शन किया।[5] यह दावा किया गया है कि पारंपरिक लीनियर-मोमेंटम आधारित RF सिस्टम जो पहले से ही MIMO का उपयोग करते हैं, के साथ जो हासिल किया जा सकता है, उसमें OAM सुधार नहीं करता है, क्योंकि सैद्धांतिक काम से पता चलता है कि, रेडियो फ्रीक्वेंसी पर, पारंपरिक MIMO तकनीकों को कई लीनियर-मोमेंटम की नकल करने के लिए दिखाया जा सकता है। OAM-ले जाने वाले रेडियो बीम के गुण, बहुत कम या कोई अतिरिक्त प्रदर्शन लाभ नहीं छोड़ते।[6] 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 MIMO का कार्यान्वयन, और अन्य अपने दावे पर कायम हैं कि OAM बहुसंकेतन एक अलग, प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई घटना है।[7][8][9] 2014 में, शोधकर्ताओं के एक समूह ने 2.5 की दूरी पर 32 Gbit/s की कुल बैंडविड्थ प्राप्त करने के लिए OAM और ध्रुवीकरण-मोड मल्टीप्लेक्सिंग के संयोजन का उपयोग करके 8 अत्यधिक उच्च आवृत्ति वाले मिलीमीटर-वेव चैनलों पर एक संचार लिंक के कार्यान्वयन का वर्णन किया। मीटर।[10] ये परिणाम एडफ़ोर्स एट अल द्वारा की गई गंभीर रूप से सीमित दूरी के बारे में भविष्यवाणियों से अच्छी तरह सहमत हैं।[6]

लंबी दूरी के माइक्रोवेव ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग के लिए औद्योगिक रुचि 2015 से कम हो रही है, जब रेडियो फ्रीक्वेंसी पर ओएएम आधारित संचार के कुछ मूल प्रवर्तकों (सिया माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सहित) ने एक सैद्धांतिक जांच प्रकाशित की है।[11] दिखा रहा है कि क्षमता और समग्र एंटीना कब्जे के मामले में पारंपरिक स्थानिक बहुसंकेतन से परे कोई वास्तविक लाभ नहीं है।

रेडियो खगोल विज्ञान

2019 में, रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी के मासिक नोटिस में प्रकाशित एक पत्र ने साक्ष्य प्रस्तुत किया कि OAM रेडियो सिग्नल M87 * ब्लैक होल के आसपास से प्राप्त हुए थे, जो 50 मिलियन प्रकाश-वर्ष से अधिक दूर थे, यह सुझाव देते हुए कि ऑप्टिकल कोणीय गति की जानकारी फैल सकती है खगोलीय दूरियों पर।Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tag लंबी दूरी के व्यावहारिक फ्री-स्पेस ऑप्टिकल संचार लिंक के लिए ओएएम तकनीकों को लागू करने पर काम चल रहा है।[12] 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। OAM बहुसंकेतन कार्यान्वयन के लिए अतिरिक्त समस्या पारंपरिक तंतुओं में मौजूद मोड युग्मन के कारण होती है,[13] जो सामान्य परिस्थितियों में मोड के स्पिन कोणीय गति में परिवर्तन का कारण बनता है और फाइबर के मुड़े या तनाव में होने पर 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 का प्रसारण प्रदर्शित किया गया था।[14] बाद के प्रयोगों ने 50 मीटर की दूरी पर इन तरीकों के स्थिर प्रसार को दिखाया है,[15] और इस दूरी में और सुधार जारी कार्य का विषय है। भविष्य के फाइबर-ऑप्टिक संचार पर ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग कार्य करने पर चल रहे अन्य शोध | फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन सिस्टम में ऑप्टिकल ध्रुवीकरण मल्टीप्लेक्सिंग में मोड रोटेशन की भरपाई के लिए उपयोग की जाने वाली समान तकनीकों का उपयोग करने की संभावना शामिल है।[citation needed] डायरेक्ट-डिटेक्शन ओएएम मल्टीप्लेक्सिंग का विकल्प (एमआईएमओ) अंकीय संकेत प्रक्रिया (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,[16] जहां सुसंगत-पहचान-आधारित प्रणालियों के लिए मजबूत मोड युग्मन को फायदेमंद होने का सुझाव दिया गया है।[17] शुरुआत में, लोग कई फेज प्लेट्स या स्थानिक प्रकाश न्यूनाधिकों को नियोजित करके OAM बहुसंकेतन प्राप्त करते हैं। एक ऑन-चिप OAM बहुसंकेतक तब अनुसंधान में रूचि रखता था। 2012 में, टाईहुई सु और एट अल द्वारा एक पेपर। एक एकीकृत ओएएम मल्टीप्लेक्सर का प्रदर्शन किया।[18] एकीकृत ओएएम मल्टीप्लेक्सर के लिए अलग-अलग समाधानों का प्रदर्शन किया गया जैसे शिनलुन कै ने 2012 में अपने पेपर के साथ किया।[19] 2019 में, जन मार्कस बॉमन और एट अल। OAM बहुसंकेतन के लिए एक चिप डिजाइन किया।[20]


ऑप्टिकल-फाइबर सिस्टम में व्यावहारिक प्रदर्शन

Bozinovic et al 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।[21][22] परीक्षण प्रणाली एक 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 करके संयुक्त ओएएम और डब्ल्यूडीएम का भी प्रदर्शन किया, लेकिन केवल दो ओएएम मोड का उपयोग करके।[22]

कैस्पर इंगर्सलेव एट अल द्वारा एक पेपर। 2018 में ऑप्टिक्स एक्सप्रेस में प्रकाशित एक 1.2 किमी एयर-कोर फाइबर पर 12 कक्षीय कोणीय गति (OAM) मोड के एक MIMO-मुक्त संचरण को प्रदर्शित करता है।[23] 10 GBaud QPSK सिग्नल के साथ 60, 25 GHz स्पेस वाले WDM चैनल का उपयोग करके सिस्टम की WDM अनुकूलता दिखाई जाती 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 से अधिक के ओएएम-मल्टीप्लेक्स फाइबर-ऑप्टिक ट्रांसमिशन सिस्टम के पहले सफल प्रदर्शन का दावा किया,[24][25][26] यानी, एक ऑप्टिकल फाइबर जिसमें एक गोलाकार कोर और एक ग्रेडेड इंडेक्स प्रोफाइल होता है। Bozinovic et al. के काम के विपरीत, जिसमें एक कस्टम ऑप्टिकल फाइबर का इस्तेमाल किया गया था, जिसमें भंवर अपवर्तक-सूचकांक प्रोफ़ाइल थी, G. Milione et al द्वारा काम। और एच। हुआंग एट अल। दिखाया गया है कि OAM बहुसंकेतन फाइबर के भीतर मोड मिश्रण के लिए सही करने के लिए डिजिटल MIMO पोस्ट-प्रोसेसिंग का उपयोग करके व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ऑप्टिकल फाइबर में इस्तेमाल 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 को स्केल करने के लिए पर्याप्त संगणना संसाधनों की आवश्यकता होती है, लेकिन यह बहुत अच्छा वादा दिखाता है।

2018 में ज़ेंगजी यू, हौरान रेन, शिबियाओ वेई, जिओ लिन और मिन गु[27] आरएमआईटी विश्वविद्यालय में इस तकनीक को छोटा किया, इसे एक बड़ी खाने की मेज के आकार से एक छोटी चिप में छोटा कर दिया जिसे संचार नेटवर्क में एकीकृत किया जा सकता था। 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 अधिक विकसित होने की संभावना है।

यह भी देखें

संदर्भ

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