OAM - ORBITAL ANGULAR MOMENTUM MULTIPLEXING

ORBITAL ANGULAR MOMENTUM MULTIPLEXING

ORBITÁLNÍ MOMENT HYBNOSTI ( OAM ) MULTIPLEXOVÁNÍ JE FYZICKÉ VRSTVY ZPŮSOB MULTIPLEXOVÁNÍ SIGNÁLŮ PŘENÁŠENÝCH ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN POMOCÍ ORBITÁLNÍ IMPULZ Z ELEKTROMAGNETICKÝCH VLN ROZLIŠOVAT MEZI RŮZNÝMI ORTOGONÁLNÍMI SIGNÁLY.

ORBITÁLNÍ MOMENT HYBNOSTI JE JEDNA ZE DVOU FOREM MOMENTU HYBNOSTI SVĚTLA . OAM JE ODLIŠNÁ OD, A NEMĚLY BY BÝT ZAMĚŇOVÁNY S, SVĚTLO SPIN MOMENTU HYBNOSTI . ROTACE MOMENT HYBNOSTI SVĚTLA NABÍZÍ POUZE DVA ORTOGONÁLNÍ KVANTOVÝCH STAVŮ , KTERÉ ODPOVÍDAJÍ DVĚMA STAVY KRUHOVÉ POLARIZACE , A MŮŽE BÝT PROKÁZÁNO, ŽE EKVIVALENTNÍ KOMBINACE POLARIZACE MULTIPLEXOVÁNÍ A FÁZOVÉHO POSUNU . OAM MULTIPLEXOVÁNÍ MŮŽE BÝT (ALESPOŇ TEORETICKY) PŘÍSTUP K POTENCIÁLNĚ NEOMEZENOU SADU OAM KVANTOVÝCH STAVŮ, A TÍM NABÍDNOUT MNOHEM VĚTŠÍ POČET KANÁLŮ, S JEDINOU VÝHRADOU OMEZENÍ REÁLNÝCH OPTIKY.

OD ROKU 2013 , I KDYŽ OAM MULTIPLEXOVÁNÍ SLIBUJE VELMI VÝRAZNÉ ZLEPŠENÍ V ŠÍŘCE PÁSMA PŘI POUŽITÍ VE SHODĚ S DALŠÍMI STÁVAJÍCÍMI MODULACE A MULTIPLEXOVÁNÍ SYSTÉMŮ, TO JE JEŠTĚ EXPERIMENTÁLNÍ TECHNIKU, A DOSUD POUZE BYLA PROKÁZÁNA V LABORATOŘI.

HISTORIE

OAM MULTIPLEXOVÁNÍ BYLA PROKÁZÁNA POMOCÍ SVĚTELNÝCH PAPRSKŮ VE VOLNÉM PROSTORU JIŽ V ROCE 2004. OD TÉ DOBY, VÝZKUM OAM VE DVOU OBLASTECH MÁ POSTUPOVAT: RADIOVÉ FREKVENCE A OPTICKÉHO PŘENOSU.

RADIOFREKVENČNÍ

EXPERIMENT V ROCE 2011 PROKÁZAL OAM MULTIPLEXOVÁNÍ DVOU NESOUVISLÝCH RÁDIOVÉ SIGNÁLY NA VZDÁLENOST 442 M. UVÁDĚLO SE, ŽE OAM NEZLEPŠÍ NA TO, CO LZE DOSÁHNOUT S KONVENČNÍMI LINEÁRNÍ HYBNOSTI RF SYSTÉMY NA BÁZI, KTERÁ JIŽ POUŽÍVAJÍ MIMO , OD TEORETICKÉ PRÁCE NAZNAČUJE, ŽE U RÁDIOVÝCH FREKVENCÍ, MŮŽE BÝT KONVENČNÍ MIMO TECHNIKY UKÁZALO SE DUPLICITNÍ MNOHO Z VLASTNOSTI LINEÁRNÍ HYBNOSTI OAM PŘENÁŠEJÍCÍ RÁDIOVOU PAPRSKU, TAKŽE MALÝ NEBO ŽÁDNÝ ZVÝŠENÝ VÝKON ZISK.

V LISTOPADU 2012 SE OBJEVILY ZPRÁVY O NESHODĚ OHLEDNĚ ZÁKLADNÍCH TEORETICKÝCH KONCEPCÍ OAM MULTIPLEXOVÁNÍ NA RÁDIOVÝCH KMITOČTŮ MEZI VÝZKUMNÝMI SKUPINAMI TAMBURINI A THIDE A MNOHA RŮZNÝCH TÁBORECH KOMUNIKAČNÍCH INŽENÝRŮ A FYZIKŮ, S NĚKTERÝMI PROHLAŠUJE SVÉ PŘESVĚDČENÍ, ŽE OAM MULTIPLEXOVÁNÍ BYL JEN PROVÁDĚNÍ MIMO , A NA JINÉ OSOBY PRO JEJICH TVRZENÍ, ŽE OAM MULTIPLEXOVÁNÍ JE ZŘETELNÝM, EXPERIMENTÁLNĚ POTVRZENO JEV.

V ROCE 2014, SKUPINA VĚDCŮ POPSÁNA IMPLEMENTACE KOMUNIKAČNÍHO SPOJENÍ PŘES 8 MILIMETROVÝCH VLN KANÁLY MULTIPLEXOVÁNY S POUŽITÍM KOMBINACE OAM A POLARIZACE REŽIMU MULTIPLEXOVÁNÍ K DOSAŽENÍ SOUHRNNÉ ŠÍŘKY PÁSMA 32 GBIT / S NA VZDÁLENOST 2,5 METRU.TYTO VÝSLEDKY DOBŘE SOUHLASÍ S PŘEDPOVĚDI O SILNĚ OMEZENÉ VZDÁLENOSTI PROVEDENÉ EDFORS ET AL.

PRŮMYSLOVÝ ZÁJEM PRO DÁLKOVOU MIKROVLNNÉ OAM MULTIPLEXOVÁNÍ SE ZDÁ BÝT KLESAJÍCÍ OD ROKU 2015, KDY NĚKTERÉ Z PŮVODNÍCH PROMOTORY OAM ZALOŽENÉ NA KOMUNIKACI NA RÁDIOVÝCH FREKVENCÍCH (VČETNĚ SIAE MICROELETTRONICA ) ZVEŘEJNILI TEORETICKÝ VÝZKUM , COŽ UKAZUJE, ŽE NEEXISTUJE ŽÁDNÝ REÁLNÝ ZISK NAD RÁMEC TRADIČNÍHO PROSTOROVÉHO MULTIPLEXOVÁNÍ , POKUD JDE O KAPACITU A CELKOVÉ ANTÉNY POVOLÁNÍ.

OPTICAL

OAM MULTIPLEXOVÁNÍ SE POUŽÍVÁ V OPTICKÉ DOMÉNĚ. V ROCE 2012, VÝZKUMNÍCI PROKÁZAT OAM-MULTIPLEXOVANÝCH RYCHLOSTI OPTICKÉ PŘENOSOVÉ AŽ 2,5 TBITS / S POMOCÍ 8 ZŘETELNÉ OAM KANÁLŮ DO JEDNOHO PAPRSKU SVĚTLA, ALE JEN VE VELMI KRÁTKÉM VOLNÉM PROSTORU DRÁZE ZHRUBA JEDEN METR. POKRAČUJE PRÁCE NA APLIKACI OAM TECHNIK DLOUHÉHO DOSAHU PRAKTICKÝCH VOLNÉM PROSTORU OPTICKÝCH KOMUNIKAČNÍCH SPOJŮ.

OAM MULTIPLEXOVÁNÍ NEMOHOU BÝT PROVEDENY VE STÁVAJÍCÍCH DÁLKOVÝCH SYSTÉMY S OPTICKÝM VLÁKNEM, PROTOŽE TYTO SYSTÉMY JSOU ZALOŽENY NA SINGLE-MODE VLÁKEN , KTERÉ ZE SVÉ PODSTATY NEPODPORUJÍ OAM STAVY SVĚTLA. MÍSTO TOHO MÁLO REŽIM NEBO MULTI-MODE VLÁKEN JE TŘEBA POUŽÍT. DALŠÍM PROBLÉMEM PRO REALIZACI OAM MULTIPLEXOVÁNÍ JE ZPŮSOBENA VAZBOU REŽIMU , KTERÝ JE PŘÍTOMEN V BĚŽNÝCH VLÁKEN, , KTERÉ ZPŮSOBUJÍ ZMĚNY V SPIN MOMENTU HYBNOSTI REŽIMŮ ZA NORMÁLNÍCH PODMÍNEK A ZMĚN ORBITÁLNÍHO ÚHLOVÉHO MOMENTU, KDY VLÁKNA JSOU OHNUTÉ NEBO VE STRESU. KVŮLI TOMUTO REŽIMU NESTABILITY, PŘÍMÁ DETEKCE OAM MULTIPLEXOVÁNÍ DOSUD NEBYL REALIZOVÁN V DÁLKOVÝCH KOMUNIKACÍ . V ROCE 2012 PŘENOS OAM UVÁDÍ S ČISTOTOU 97% PO 20 METRECH NAD SPECIÁLNÍCH VLÁKEN BYLA PROKÁZÁNA VÝZKUMNÍKY NA BOSTONSKÉ UNIVERZITĚ. POZDĚJŠÍ POKUSY UKÁZALY, STABILNÍ ŠÍŘENÍ TĚCHTO DRUHŮ NA VZDÁLENOSTI 50 METRŮ, A DALŠÍ ZLEPŠENÍ TÉTO VZDÁLENOSTI JSOU PŘEDMĚTEM POKRAČUJÍCÍ PRÁCE. DALŠÍ POKRAČUJÍCÍ VÝZKUM NA TO, ABY OAM MULTIPLEXOVÁNÍ PRÁCE V PRŮBĚHU PŘÍŠTÍCH OPTICKÝCH PŘENOSOVÝCH SYSTÉMŮ ZAHRNUJE MOŽNOST POUŽITÍ PODOBNÝCH TECHNIK JAKO SE POUŽÍVAJÍ PRO KOMPENZACI OTÁČENÍ REŽIMU V OPTICKÉ POLARIZACE MULTIPLEXOVÁNÍ

ALTERNATIVA K PŘÍMÉ DETEKCI OAM MULTIPLEXOVÁNÍ JE VÝPOČETNĚ SLOŽITÁ KOHERENTNÍ-DETEKCE ( MIMO ), DIGITÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU PŘÍSTUPU (DSP), KTERÝ MŮŽE BÝT POUŽIT K DOSAŽENÍ DÁLKOVOU KOMUNIKACI , KDE JE SILNÁ VAZBA REŽIM NAVRHL, ABY BYLO PROSPĚŠNÉ PRO KOHERENTNÍ DETEKCE ZALOŽENÉ SYSTÉMY.

PRAKTICKÉ DEMONSTRACE V SYSTÉMU OPTICKÝCH VLÁKEN

PAPÍR PODLE BOZINOVIC ET AL. ZVEŘEJNĚNÉ V SCIENCE V ROCE 2013 TVRDÍ, ŽE ÚSPĚŠNÉ DEMONSTRACE OAM MULTIPLEXOVANÉHO PŘENOS OPTICKÝCH VLÁKEN SYSTÉMU PŘES ZKUŠEBNÍ DRÁZE 1,1 KM. TESTOVACÍ SYSTÉM BYL SCHOPEN POUŽÍVAT AŽ 4 RŮZNÉ OAM KANÁLY SOUČASNĚ, ZA POUŽITÍ VLÁKNA S "VÍR" INDEXU LOMU PROFILU. BYLY PROKÁZÁNY I KOMBINOVANÉ OAM A WDM ZA POUŽITÍ STEJNÉHO ZAŘÍZENÍ, ALE ZA POUŽITÍ POUZE DVOU REŽIMŮ OAM.

PRAKTICKÉ DEMONSTRACE V KONVENČNÍCH SYSTÉMECH OPTICKÝCH VLÁKEN

V ROCE 2014, ČLÁNKY G. MILIONE ET AL. A H. HUANG A SPOL. TVRDIL PRVNÍ ÚSPĚŠNÉ DEMONSTRACE OPTICKÝCH VLÁKEN PŘENOSOVÉ SOUSTAVY OAM MULTIPLEXOVANÉHO NAD 5 KM OD KONVENČNÍHO OPTICKÉHO VLÁKNA, , TJ, OPTICKÉ VLÁKNO S KRUHOVÝM JÁDRO A ODSTUPŇOVANÉHO PROFILU INDEXU LOMU. V PROTIKLADU K PRÁCI BOZINOVIC A KOL., KTERÝ POUŽÍVAL VLASTNÍ OPTICKÉ VLÁKNO, KTERÝ MĚL "VORTEX" INDEXU LOMU PROFIL, V PRÁCI G. MILIONE ET AL. A H. HUANG A SPOL. UKÁZAL, ŽE OAM MULTIPLEXOVÁNÍ MŮŽE BÝT POUŽIT V KOMERČNĚ DOSTUPNÝCH OPTICKÝCH VLÁKEN POMOCÍ DIGITÁLNÍHO MIMO NÁSLEDNÉHO ZPRACOVÁNÍ KE KOREKCI REŽIM MÍCHÁNÍ UVNITŘ VLÁKNA. TATO METODA JE CITLIVÁ NA ZMĚNY V SYSTÉMU, KTERÉ MĚNÍ MÍŠENÍ REŽIMŮ BĚHEM PROPAGACE, JAKO JSOU ZMĚNY V OHNUTÍ VLÁKNA, A VYŽADUJE ZNAČNÉ VÝPOČETNÍ ZDROJE KE ZKVALITNĚNÍ DO VĚTŠÍHO POČTU NEZÁVISLÝCH REŽIMECH, ALE VYPADÁ VELMI SLIBNĚ.