Исследователи из Института Фердинанда Брауна (FBH) в Берлине и сотрудничающих с ним организаций передали данные со скоростью до 1,5 гигабита в секунду с помощью новых светодиодов, излучающих в дальнем ультрафиолетовом диапазоне.
Автономные транспортные средства и дроны, подключенное промышленное оборудование, робототехника и системы гражданской защиты — все это зависит от надежных беспроводных каналов передачи данных. В то же время все больше систем конкурируют за ограниченные диапазоны частот. Таким образом, оптическая беспроводная связь может эффективно дополнять радиочастотные технологии.
Однако системы, использующие видимый или инфракрасный свет, сталкиваются с серьезной проблемой при работе на открытом воздухе. Солнце также излучает в этих диапазонах длин волн. Этот солнечный фон может создавать помехи для оптических сигналов и затруднять надежную передачу данных. В результате для таких систем часто требуется точная юстировка лазерных лучей.
UVC-излучение дает решающее преимущество. При длине волны менее 280 нанометров (нм) практически все солнечное излучение не достигает поверхности Земли, поскольку поглощается верхними слоями атмосферы. Таким образом, оптическая беспроводная связь с использованием ультрафиолетового излучения в диапазоне 200–300 нм практически не подвержена влиянию фоновых сигналов от Солнца.
Устройства, разработанные в FBH, установили рекорд беспроводной оптической связи на длинах волн менее 235 нанометров. Технология дальнего ультрафиолетового диапазона имеет явное преимущество при организации связи вне помещений: солнечный свет практически не создает фоновых сигналов в этом спектральном диапазоне. Таким образом, эта технология может обеспечить надежную оптическую связь на открытом воздухе и дополнить радиочастотную связь там, где она достигает своих пределов.
В своих экспериментах исследователи использовали ультрафиолетовое излучение в диапазоне 200–300 нм с длиной волны менее 235 нм. Это излучение сильно поглощается внешними неживыми слоями кожи и проникает в живые ткани гораздо глубже, чем ультрафиолетовое излучение с большей длиной волны. Поэтому этот тип ультрафиолетового излучения считается безопасным для здоровья человека и подходит для применения в непосредственной близости от людей.
«Мы оптимизировали наши светодиоды специально для оптической связи в этом спектральном диапазоне,» — говорит доктор Ян Рушель, старший научный сотрудник Федерального института фундаментальных исследований. «Они обладают высокой оптической мощностью по международным стандартам и могут модулироваться особенно быстро. Это делает их подходящими для оптического обмена данными как внутри помещений, так и на открытом воздухе.»
Для этого команда Федерального института фундаментальных исследований разделила излучающую поверхность светодиодов дальнего ультрафиолетового диапазона на множество небольших участков. Меньшие площади уменьшают емкость перехода и увеличивают плотность тока. В результате светодиоды обеспечивают более широкую полосу модуляции, чем обычные устройства с большими излучающими поверхностями.
Исследователи из Университета Стратклайда и Кембриджского университета использовали эти светодиоды для создания и тестирования системы оптической беспроводной связи. При прямой видимости между передатчиком и приемником система передавала данные на расстояние до 30 сантиметров (12 дюймов) со скоростью до 1,5 гигабита в секунду. Эти измерения, проведенные при естественном освещении помещения, установили рекорд по передаче данных на таких коротких волнах.
Исследователи представили свои результаты на Международном симпозиуме по системам, сетям и цифровой обработке сигналов. Статья доступна на IEEE Xplore.