光多重化技術とオンチップにおけるその融合：レビュー

光多重化技術とオンチップおよび光ファイバー通信：レビュー

光多重化技術は喫緊の研究課題であり、世界中の学者がこの分野で深い研究を行っています。長年にわたり、波長分割多重（WDM）、モード分割多重（MDM）、空間分割多重（SDM）、偏波多重（PDM）、軌道角運動量多重（OAMM）など、多くの多重化技術が提案されてきました。波長分割多重（WDM）技術は、広い波長範囲で光ファイバの低損失特性を最大限に活用し、異なる波長の2つ以上の光信号を1本の光ファイバで同時に伝送することを可能にします。この理論は1970年にデランジュによって初めて提唱され、通信ネットワークへの応用に焦点を当てたWDM技術の基礎研究が始まったのは1977年になってからでした。それ以来、光ファイバー, 光源, 光検出器光通信分野をはじめとする様々な分野で、WDM技術の探究も加速しています。偏波多重（PDM）の利点は、2つの独立した信号を同一の光ビームの直交偏波位置に分配できるため、信号伝送量を倍増できることです。また、受信側では2つの偏波チャネルが分離され、独立して識別されます。

より高いデータレートへの需要が高まるにつれ、多重化の最後の自由度である空間は、過去10年間にわたって精力的に研究されてきました。その中でも、モード分割多重（MDM）は主にN個の送信機によって生成され、空間モード多重化装置によって実現されます。最終的に、空間モードによってサポートされる信号は低モード光ファイバーに伝送されます。信号伝搬中、同一波長のすべてのモードは空間分割多重（SDM）スーパーチャネルの単位として扱われます。つまり、個別のモード処理を実現することなく、同時に増幅、減衰、加算されます。MDMでは、パターンの異なる空間輪郭（つまり、異なる形状）が異なるチャネルに割り当てられます。例えば、チャネルは三角形、正方形、または円形のレーザービームを介して送信されます。実際のアプリケーションでMDMが使用する形状はより複雑で、独自の数学的および物理的特性を持っています。この技術は、1980年代以降の光ファイバーデータ伝送における最も革新的なブレークスルーと言えるでしょう。 MDM技術は、単一波長搬送波を用いてより多くのチャネルを実装し、リンク容量を増加させる新たな戦略を提供します。軌道角運動量（OAM）は、電磁波の物理的特性であり、伝播経路は螺旋状の位相波面によって決定されます。この特性を利用して複数の個別チャネルを確立できるため、無線軌道角運動量多重化（OAMM）は、ハイツーポイント伝送（無線バックホールやフォワードなど）において伝送速度を効果的に向上させることができます。