Орбитальный угловой момент: серьезное-руководство для инженера
Вы видите терминорбитальный угловой моментпо оптике и беспроводным технологиям. Это выглядит абстрактно, но отображает дополнительные полосы для данных и более точного управления лучом. Это руководство делает его практичным, чтобы вы могли оценить соответствие, бюджет и сроки.
Основы орбитального углового момента
Что означает орбитальный угловой момент за одну минуту
Световые и радиоволны переносят угловой момент каквращаться(поляризация) иорбитальный(спиральный фазовый поворот). Поворот помечен целым числомℓ. Различные значения ℓ ортогональны по всей центральной апертуре, поэтому вы можете передавать независимые потоки на каждом ℓ, если канал сохраняет чистоту режима.
Как выглядят и ведут себя орбитальные пучки углового момента
Режимы OAM показывают интенсивность «бублика» и фазу, которая нарастает.ℓ·2πвокруг центра. Высшее |ℓ| распространяется быстрее и более чувствителен к неправильной-центрировке и турбулентности. Связь мод до ℓ±1 является основным недостатком вне помещений и в изогнутых волокнах.
Аппаратура, создающая орбитальный угловой момент
Общие варианты:спиральные фазовые пластины, q-пластины, пространственные модуляторы света (SLM), метаповерхностии в РФ,круговые фазированные решетки. Генерация зеркал обнаружения: примените обратную фазу, используйтеlog-полярные разверткиили когерентно согласованные фильтры.
Орбитальный угловой момент, шаг за шагом
Шаг 1 - Осмотрите канал
Измерьте турбулентность (Cn²), ошибку наведения, движение платформы и доступные отверстия. Выберите стартовый набор, напримерℓ = {0, ±1}прежде чем гнаться за более высокими модами.
Шаг 2 - Выберите оптику и апертуру.
Для пилотов выбирайтефазовые пластины(фиксированный ℓ, низкие потери). Для ловкости выберитеУУЗРилиметаповерхности. Размер проемов отD/Rи цель |ℓ| поэтому ортогональность сохраняется на расстоянии.
Шаг 3 -. Рассчитайте бюджет канала с учетом перекрестных помех.
Модель объемной потери,режим-зависимые потери, и утечка в соседний ℓ. Стремитесь к10–20 дБизоляция между режимами в приемнике и добавление запаса FEC.
Шаг 4 - Закрытие цикла в поле
Добавлятьотслеживание опрокидывания/наклонадля автоматического-центрирования. Вставьте пилоты на каждую ℓ для адаптивного выравнивания. Зарегистрируйте матрицу смешивания режимов-по температуре, ветру и времени.
Шаг 5 - Проверка, затем масштабирование режимов
Выполняйте тесты на выдержку в течение дня и ночи. Если изоляция и BER сохраняются, расширьте доℓ = {0, ±1, ±2}. Держите запасной вариантℓ = 0за плохое зрение.
Орбитальный угловой момент по сравнению с другим мультиплексированием
Почему орбитальный угловой момент не является заменой WDM или MIMO
ОАМ – этоеще одна ортогональная ось. Используйте его вместе с длиной волны и поляризацией, если ваш путь сохраняет чистоту моды. Если путь труден, сначала инвестируйте в WDM и пространственный MIMO.
Краткий обзор OAM, WDM и MIMO
Ресурс:ОАМ используетℓ, WDM использует сетки длин волн, MIMO использует пространственные моды и поляризацию.
Ограничитель:OAM сталкивается с дивергенцией и турбулентностью; WDM влияет на количество фильтров и нелинейности; MIMO достигает корреляции путей.
Лучше всего подходит:OAM для волокон с короткими---средними FSO и кольцевыми-сердечниками; WDM для метро и дальних-магистралей; MIMO для сотовой связи, Wi-Fi-Fi и когерентного SDM.
Когда орбитальный угловой момент побеждает
Чистые крыши--видимости, испытательные стенды с устойчивой механикой и специальные оптоволокна с пологими изгибами – сильные кандидаты на использование OAM. Вы увеличиваете емкость, не покупая спектр и не прокладывая оптоволокно.
Применение орбитального углового момента, которое вы можете использовать
Свободное-пространственное оптическое соединение между крышами
Использовать2–4 режима ОАМна одной длине волны более1–3 кмс10–20 смапертуры и трекинг. Вы получаете более высокую пропускную способность при низком количестве оборудования.
Специальное кольцевое-волоконное волокно внутри кампусов
Несколько стабильных режимов OAM плюсMIMO DSP низкого-порядкагрузоподъемность на коротких пролетах. Следите за прямыми маршрутами, управляйте стрессом и отслеживайте потери,-зависимые от режима.
Квант, визуализация и зондирование с использованием орбитального углового момента
Многомерные-алфавиты в OAM увеличивают пространство символов на один фотон и обеспечивают компактные связи в свободном-пространстве и сети лабораторного-масштаба.
Детали конструкции, которые создают или разрушают орбитальный угловой момент
Выравнивание и центрирование
Неправильное-центрирование на несколько процентов может привести к снижению изоляции на двузначную-дБ. Добавьте авто-центрирование и контрольные маяки заранее.
Турбулентность и движение
Экраны случайной фазы соединяются с соседями. Смягчить последствия с помощьюадаптивная оптика, большие лучи, более короткие переходы и сильный FEC.
DSP и калибровка
Относитесь к получателю как кмаленький MIMOсистема с потерями,-зависимыми от режима. Пилотная-выравнивание и периодическая повторная-калибровка обеспечивают стабильный уровень BER.
Затраты, сроки и риски, связанные с орбитальным угловым моментом
Сколько стоит и включает пилотный проект
Двухрежимный стенд сфазовые пластины, крепления и камеры обычно находятся внизкая-тысяча долларов СШАдиапазон.УУЗРдобавьте еще несколько тысяч. Всепогодные кожухи и платформы наклона/опрокидывания повышают прочность звена на открытом воздухе.
Сколько времени занимает установка
План1–2 днядля первого-скамейки с двумя режимами и еще полдня для настройки креплений и петель на крыше. Сохраненные «рецепты» выравнивания ускоряют будущие замены.
Основные риски, которые следует планировать
Расхождение при более высоких |ℓ|, связь, вызванная турбулентностью-, загрязнением апертуры и термическим дрейфом. У каждого из них есть четкий путь смягчения последствий: увеличенная оптика, АО, очистка и герметизация, а также контроль температуры.
Помощники принятия решений по орбитальному угловому моменту
Таблица быстрого планирования ссылок
0,5–1 км, апертура 5–10 см: ℓ = {0, +1}
1–3 км, апертуры 10–20 см: ℓ = {0, ±1}
3–5 км, апертуры 20–30+ см:ℓ={0, ±1, ±2} с АО
Волокно с кольцевой-сердцевиной внутри помещения:ℓ={0, ±1} с MIMO DSP
Меню смягчения турбулентности
Блуждание луча:добавьте наклон/наклон и увеличьте луч.
Сцинтилляция:используйте усреднение апертуры и более сильный FEC.
Режим связи:отбросьте |ℓ|, улучшите центрирование, добавьте AO.
Термический дрейф:замкните температурные контуры и повторите-калибровку.
Контрольный список сборки и покупки
Используйте OAM сейчас:прямая видимость на крыше Менее или равна 3 км с большими проемами; кольцо-основные демонстрационные пути.
Отложить ОАМ:сильная турбулентность с ограниченной механикой; ограниченные бюджеты без отслеживания.
Полевые уроки, которые помогают реализовать проекты
Масштабирование емкости является условным
Реальная пропускная способность зависит отномер условиярежима-матрицы микширования, а не только количества ℓ полос, которые вы пытаетесь использовать.
Радиальный индекс увеличивает количество полос движения
Добавлениерадиальный индекс роткрывает больше ортогональных каналов, но допуск выравнивания ужесточается, а усилия DSP возрастают.
Интегрированные компоненты OAM совершенствуются
Компактныйразворачиватели, маршрутизаторы, иметаповерхностипозволяют использовать приемники меньшего размера и пути многоадресной рассылки в фотонных фабриках.
Часто задаваемые вопросы об орбитальном угловом моменте
Чем орбитальный угловой момент отличается от поляризационного мультиплексирования?
Поляризация использует вращение и дает две полосы движения.Орбитальный угловой моментиспользует индекс скручивания ℓ и может добавлять больше полос на той же длине волны, если канал сохраняет режимы чистыми.
Какой открытый диапазон реален для орбитального углового момента?
С10–20 смапертуры, жесткие крепления и трекинг,1–3 кмработает на2–4 режима. Более длинные пролеты требуют более крупной оптики и частоадаптивная оптика.
Какую мощность может добавить орбитальный угловой момент в волокне?
Вкольцевое-ядроили специальных волокон, несколько мод OAM, а также длина волны и поляризация достигают скорости в несколько-терабит на коротких и средних пролетах на контролируемых маршрутах.
Сколько стоит первый пилот?
Ожидатьнизкая-тысяча долларов СШАдля пилотов фазовых-плит. Добавьте несколько тысяч заУУЗР. Укрепление и отслеживание на открытом воздухе увеличивают затраты, но увеличивают время безотказной работы.
Сколько времени занимает выравнивание?
Планодин-два днядля первой настройки с двумя режимами, затем более быстрые итерации по мере повторного использования меток выравнивания и управляющих файлов.
Может ли орбитальный угловой момент заменить WDM или MIMO?
Нет. Относитесь к OAM как кбонусная полосарядом с WDM и MIMO. Используйте его, когда ваш путь сохраняет чистоту режима; в противном случае сначала инвестируйте в зрелые оси.
Возможен ли орбитальный угловой момент в стандартных волокнах?
Стандартные волокна плохо удерживают OAM на расстоянии.Кольцевой-сердечникиоценочный-индексдизайн помогает в сочетании с низким-порядкомМИМО ЦСП.
Где я могу найти цифры тенденций, подтверждающие необходимость испытания OAM?
Используйте отчеты о мобильном трафике и базе пользователей-, чтобы оценить рост спроса и потребности в транспортной связи, а затем сопоставьте пилотный проект OAM с учетом местных условий маршрута.
Резюме: когда делать ставку на орбитальный угловой момент
Использоватьорбитальный угловой моменткогда ваш канал стабилен, выравнивание контролируется, а апертуры большие. Начните сℓ = {0, ±1}, закрытьцикл отслеживанияи бюджетизоляция режимакак система MIMO. Если результаты сохраняются в зависимости от погоды и времени, масштабируйте режимы. Сохраняйте WDM и поляризацию и рассматривайте орбитальный угловой момент какдополнительная полосавы включаете, когда позволяют условия.