(Phys.org) – University of California, San Diegos elektroteknikprofessor Zhaowei Liu och kollegor har tagit de första stegen i ett projekt för att utveckla snabbt blinkande LED-system för optisk undervattenskommunikation.

I numret 6 januari av Naturens nanoteknik , Liu och kollegor visar att ett artificiellt metamaterial kan öka ljusintensiteten och "blinkhastigheten" för en fluorescerande ljusemitterande färgämnesmolekyl.

De nanomönstrade lagren av silver och kisel i det nya materialet påskyndade molekylens blinkhastighet till 76 gånger snabbare än normalt, samtidigt som den producerar en 80-faldig ökning av dess ljusstyrka.

"Huvudsyftet med detta program är att utveckla en bättre ljuskälla för kommunikationsändamål, " Sa Liu. "Men detta är bara ett första steg i hela historien. Vi har bevisat att denna konstgjorda, konstgjort material kan utformas för att förbättra ljusemission och intensitet, men nästa steg blir att tillämpa detta på konventionella lysdioder."

Extrem blinkhastighet – ultrasnabb modulering – i blå och gröna lysdioder är en felande länk som är nödvändig för att öka hastigheten med vilken information kan skickas via optiska kanaler genom det öppna vattnet, som mellan fartyg och ubåtar, ubåtar och dykare, undervattensmiljösensorer och obemannade undervattensfarkoster, eller andra kombinationer.

Om det förbättras dramatiskt, optisk trådlös kommunikation kan så småningom ersätta akustiska undervattenskommunikationssystem för kortdistansapplikationer. Akustisk kommunikation begränsas av låg hastighet och låga datahastigheter och kan möjligen orsaka nöd för valar, delfiner och annat marint liv. Att göra detta, de måste utveckla blå och gröna LED-system som blinkar en eller två storleksordningar snabbare än dagens blå och gröna galliumnitrid (GaN)-baserade lysdioder.

I undervattens optiska trådlösa kommunikationssystem, data omvandlas från en elektrisk signal till optiska vågor som färdas genom vattnet från en ljuskälla som en lysdiod till en optisk mottagare. Blinkande blå och gröna lysdioder används redan för att överföra information genom vattnet. (Blå och gröna lysdioder används eftersom deras ljus är mindre benägna att absorberas av vattnet än andra färger.)

Metamaterialen som utvecklats av forskarna är syntetiska, med egenskaper som inte finns i naturen, och är speciellt utformade för att påskynda ljusgenereringsprocessen.

Än så länge, det har varit svårt att direkt omvandla en elektrisk signal till en optisk signal i lysdioder med tillräcklig hastighet. Just nu, blinkhastigheten för de flesta av dessa konverterade signaler är mindre än en gigahertz, en hastighet som är lägre än hastigheten för de flesta WiFi-signaler, sa Liu.

Materialen är designade för att ha extremt starka interaktioner med ljusavsändare som är specifika för våglängden - eller färgen - på emissionerna. I den nya rapporten, forskarna använde en färgämnesmolekyl som avger en gulgrön nyans. Så nästa steg blir att para ihop materialen med de blå och gröna lysdioderna.

"Designen på materialen kanske inte är det svåraste, " sa UC San Diego doktorand Dylan Lu, huvudförfattaren till Naturens nanoteknik papper, som noterade att de kommer att arbeta med lysdioder som har tillverkats enligt en specifik industristandard. "Jag tror att den stora utmaningen, att applicera det på lysdioder, kommer att bli en integrationsfråga."

Liu vann nyligen ett anslag från Office of Naval Research (ONR) för att utveckla de snabbt blinkande blå och gröna LED-systemen, som inkluderar lite mer än $500, 000 under tre år.

Tillsammans med elektro- och datateknikprofessorerna Paul Yu och Eric Fullerton, Liu siktar på att så småningom testa ultrasnabba blinkande LED-konfigurationer i San Diegos havsvatten.

"Vi utgick från framsteg inom grundläggande materialforskning, och vi vill överföra kunskapen till LED-verksamheten, sa Liu.