單光路多通道可見(jiàn)光通信系統新進(jìn)展

  近期，來(lái)自中國的研究人員成功設計出一種新型自由空間光通信系統，該系統在單一光路中能夠同時(shí)發(fā)送和接收兩組數據(Opt. Lett., doi: 10.1364/OL.470796)。相關(guān)研究人員表示，他們的研究方案基于量子阱二極管的發(fā)射和吸收特性，有效降低了光通道的空間和成本。

  多量子阱Ⅲ-氮化二極管是一種基于芯片的器件，它可同時(shí)發(fā)射并吸收一系列波長(cháng)的光，且其發(fā)射光譜和吸收光譜有一個(gè)重疊區域。正是這種特性，使得它可以同時(shí)用作發(fā)射器和接收器。因為多量子阱 iii -氮化二極管能夠以光學(xué)編碼信息調制載波并檢測調制光以恢復另一端的信息，因此只需要兩個(gè)這種二極管就可以構建一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信鏈路。

  圖 | 使用單通道的全雙工可見(jiàn)光通信系統

  在最新的研究中，南京郵電大學(xué)王永進(jìn)帶領(lǐng)研究團隊就用到了多量子阱Ⅲ氮化二極管，其尺寸僅為5.5 mm × 4.1 mm × 0.22mm。二極管的底部被涂覆了一個(gè) 2.3 微米厚的布拉格反射涂層，其中包含36對二氧化硅和二氧化鈦薄膜層。該涂層可以控制藍光、綠光和可見(jiàn)光的反射或透射，起到了一個(gè)濾光片的作用，從而提高單一信道的容量。

  研究人員通過(guò)改變涂層內二氧化硅和二氧化鈦層的分布，制造了兩種略有不同的濾光片。用于“藍色”二極管的濾光片在其反射光譜中在 550 nm 附近有一個(gè)躍遷，因為它阻擋了藍光，但允許波長(cháng)較長(cháng)的綠光通過(guò)。另一個(gè)濾光片用于“綠色”二極管，其躍遷波長(cháng)約為 590 nm，因此阻止了藍光和綠光兩個(gè)波長(cháng)的傳輸。

  團隊意圖使用藍色和綠色發(fā)射的MQWⅢ -氮化二極管來(lái)創(chuàng )建一個(gè)單鏈路通信系統，可以在多個(gè)通道上傳輸和接收信息。這就需要弄清楚如何阻止不同光信號之間發(fā)生串擾。

  為此，他們將兩個(gè)發(fā)射藍光的MQWⅢ氮化二極管放置在單個(gè)光路中的兩個(gè)綠色二極管之間。藍色二極管可以交換傳輸和接收數據，同時(shí)綠光能夠在另一對二極管之間不受干擾地通過(guò)。

  通過(guò)分析系統的光學(xué)特性，研究人員發(fā)現，兩對二極管都能夠將電流的變化轉換為光強度的變化，反之亦然，從而證明了其傳輸信息的能力。同時(shí)，他們證明，在這兩種情況下，透射光譜和吸收光譜的某些區域重疊，這意味著(zhù)通信通道可以由成對的相同二極管構成。

  研究人員隨后表明，該系統可以同時(shí)發(fā)送兩個(gè)數據流。他們改變藍色發(fā)射器的電壓，以每秒 100 個(gè)二進(jìn)制位 (bps) 的速度發(fā)射一系列隨機的長(cháng)短光脈沖，之后藍色接收器將其接收并轉換回電信號。而且，綠色二極管也可以以10 bps 的速度實(shí)現同樣的功能。盡管在這種情況下，藍色二極管的存在意味著(zhù)他們必須使用所謂的包絡(luò )檢測來(lái)改善信號噪比。

  Wang 及其同事稱(chēng)，他們可以沿同一信道同時(shí)發(fā)送兩組數據，而不需要在每一端都有單獨的發(fā)送器和接收器。這意味著(zhù)單個(gè)自由空間鏈路足以進(jìn)行雙工通信，有效降低了通信系統的成本。他們認為，鑒于每個(gè)二極管都結合了多種光發(fā)射、檢測和能量收集功能，該系統在物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

  研究人員指出，在離他們的研究投入實(shí)際應用之前，還有很多技術(shù)障礙需要克服。比如需要更小的設備來(lái)提高數據傳輸率——從目前的數千平方微米到幾十平方微米。盡管如此，他們認為如果能夠完善這項技術(shù)，它有朝一日可能會(huì )應用于光子處理器，因為單一光路的通信方案更簡(jiǎn)單，成本更低。

  信息來(lái)源：OSA