Forskare har visat ett nytt kommunikationssystem för synligt ljus som använder en enda optisk väg för att skapa en flerkanalig kommunikationslänk över luften. Detta tillvägagångssätt kan användas som en backup-kommunikationslänk eller för att ansluta Internet of Things-enheter.

"Dagens optiska kommunikationssystem för fritt utrymme använder vanligtvis två separata länkar med separata optiska vägar för att etablera två kanaler", säger forskargruppsledaren Yongjin Wang från Nanjing University of Post and Telecommunications i Kina. "Det här nya kommunikationsläget kan spara halva kanalutrymmet, kostnaden och kraften genom att använda en enda länk."

Forskarna beskriver sitt nya tillvägagångssätt i tidskriften Optics Letters . Den är baserad på enheter som kallas multipla quantum well (MQW) III-nitriddioder som kan avge och detektera ljus samtidigt.

"Den här tekniken kan göra det möjligt för ljusbaserade kommunikationsfunktioner att integreras i hög grad på ett chip, som också kan användas för att minska storleken på kretskort, vilket gör dem billigare och mer bärbara", säger Wang. "Så småningom skulle vi vilja utveckla en fotonisk CPU baserad på detta kommunikationsläge."

Avbryter överhörning

MQW III-nitriddioder är chipbaserade enheter som har ett överlappande område mellan våglängderna de sänder ut och detekterar. Detta gör att de kan användas samtidigt som både sändare och mottagare i ett trådlöst ljusbaserat kommunikationssystem. Dessa dioder har också en mängd olika ljusemissions-, transmissions-, modulerings- och detekteringsfunktioner som gör dem användbara för denna applikation.

I det nya arbetet använde forskarna blå och grönt emitterande MQW III-nitriddioder för att skapa ett enkellänkskommunikationssystem som kan sända och ta emot information på mer än en kanal. Detta krävde att ta reda på hur man stoppar överhörning mellan de olika optiska signalerna.

De åstadkom detta genom att designa en uppsättning med två blå emitterande MQW III-nitriddioder placerade mellan två gröna dioder i en enda optisk väg. Varje diodchip var belagt med en distribuerad Bragg-reflektion (DBR) beläggning som blockerade blått ljus samtidigt som det släppte igenom det gröna ljuset. Detta skapade en grön optisk väg med en grön diod som fungerade som sändare och en som mottagare medan det blå ljuset stannade mellan det blå diodparet sändare/mottagare.

Demonstrerar två kanaler

För att testa systemet genomförde forskarna olika typer av optiska karakteriseringar. Till exempel visade de att när den blå dioden fungerade som en sändare ökade ljusemissionen när injektionsströmmen ökade från 10 mA till 30 mA, vilket omvandlar energin och informationen från det elektriska till den optiska domänen. De visade också att emissions- och detektionsspektrumen för blåljuschippet överlappade med cirka 37 nm, vilket bekräftar samtidig emission och detektion. Sammantaget bekräftade dessa tester att en enkel optisk väg full-duplex optisk kommunikationslänk kan skapas stabilt med två par MQW III-nitriddioder, som levererar en datahastighet på 100 bitar per sekund.

"Genom detta nya kommunikationsläge visade vi besparingen av kanalutrymme och kostnader och den höga integrationen av kommunikation," sa Wang "Detta är av stor betydelse för miniatyriseringen och integrationen av fotoniska chips i framtiden."

Forskarna arbetar nu för att bättre förstå de samtidiga emissions- och detektionsegenskaperna hos MQW III-nitriddioder för att göra optoelektroniska chips som är ännu mer integrerade och multifunktionella. De arbetar också med att förbättra det nya kommunikationssystemets upptäcktsmöjligheter. + Utforska vidare

En metasitbaserad ljus-till-mikrovågssändare för trådlös hybridkommunikation