利用深紫外光推进通信的发展

在为多用户间的连接提供10 Mbit/s速度的网络中，深紫外LED是核心部分

利用深紫外光进行无线光通信具有很大的吸引力：深紫外光具备不可见性，因此安全性很高；大气层的滤光作用较强，因此光源的背景噪声很低；对深紫外光的吸收不像红外光那么严重，有助于延长传输距离。

在这些优势的推动下，过去几十年来，人们对深紫外通信产生了浓厚的兴趣。直到最近，发射器和探测器方面的进步才推动了离线深紫外光通信系统的发展，而现在，据中国一团队称，已将这项技术带入了一个新时代，他们的首个通信系统在深紫外光谱范围内运行，可为所有用户提供多种服务。

该团队来自南京邮电大学和苏州亮芯光电技术有限公司（Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology），他们提出、制造、鉴定了一种日盲全双工光通信系统，该系统采用275 nm LED作为光源。

这项研究演示了阳光下的实时视频通信，建立了一个含有集成无线模块的深紫外通信网络，可为46 m²区域内的用户提供接入服务。

研究团队发言人王永进就职于南京邮电大学及苏州亮芯光电技术有限公司，他认为此研究的亮点之一是在阳光下以10 Mbit/s的速度进行无太阳噪声传输。据他描述，另一个亮点是使用了TCP/IP，为联网提供了先决条件。

王永进及其同事在深紫外LED技术方面拥有专业知识，曾于2022年开发出一款基于AlGaN的垂直深紫外LED，其发光波长为272 nm。不过，在此次的最新研究中，他们采用的是商用器件，构建了三个发射器单元，每个单元有四个LED。

△ 深紫外光网络的结构

王永进认为：“这种设计大大增加了发射器的发射光功率，从而提高了两个深紫外收发器之间的点对点传输距离。”

研究团队采用的深紫外LED使用薄膜倒装芯片结构，以降低正向电压并提高光提取率，这些LED与印刷电路板上的焊盘相连接。发射器单元由四个LED串联而成，驱动电压为24 V，输出功率为34 mW。主要发射波长为275 nm，与此峰值相关的半宽仅为10 nm。

为了传输数据，深紫外LED上使用了由开关键控调制解调器调制的晶体管—晶体管逻辑信号。传输信号的检测由Hamamatsu S14124-20雪崩光电二极管实现。在266 nm波长下，其量子效率为87%。

王永进及其同事已经确定，这一实时全双工通信系统的最大传输速率为10 Mbit/s。他们在海拔82 m的露天阳台上进行日盲实验并实现这一传输速率时，确定双向丢包率分别为1.28%和1.58%。

研究团队的下一个目标是解决深紫外光通信中的另一大问题：将高速和远距结合起来。王永进表示：“在我们未来的工作中，光电倍增管将充当核心接收设备，以大幅提高传输距离。”

他们计划解决的另一个问题是与移动无线光通信相关的对准困难。据王永进介绍，将引入自动对准功能，以提高系统的实用性。

工程师们的第三个研究方向是将他们的技术与其他通信系统相结合，如水下蓝光通信技术。这样，研究团队就可以建立一个空间—空气—海洋通信网络。

参考文献

Z. Qi et al. Appl. Phys. Lett. 123 161109 (2023)