Das neue Mehrkanal-Kommunikationssystem mit sichtbarem Licht verwendet einen einzigen optischen Weg

Forscher haben ein neues Kommunikationssystem mit sichtbarem Licht demonstriert, das einen einzigen optischen Pfad verwendet, um eine Mehrkanal-Kommunikationsverbindung über die Luft herzustellen. Dieser Ansatz könnte als Backup-Kommunikationsverbindung oder zum Verbinden von Internet-of-Things-Geräten verwendet werden.

„Die heutigen optischen Freiraum-Kommunikationssysteme verwenden typischerweise zwei separate Verbindungen mit separaten optischen Pfaden, um zwei Kanäle herzustellen“, sagte Yongjin Wang, Leiter des Forschungsteams von der Nanjing University of Posts and Telecommunications in China. „Dieser neue Kommunikationsmodus kann die Hälfte des Kanalraums, der Kosten und des Stroms einsparen, indem eine einzige Verbindung verwendet wird.“

Im Fachblatt beschreiben die Forscher ihren neuen Ansatz Optik Buchstaben. Es basiert auf Geräten, die als Mehrfach-Quantentopf-(MQW)-III-Nitrid-Dioden bezeichnet werden und gleichzeitig Licht emittieren und detektieren können.

„Diese Technik könnte es ermöglichen, lichtbasierte Kommunikationsfunktionen hochgradig auf einem Chip zu integrieren, was auch dazu verwendet werden könnte, die Größe von Leiterplatten zu reduzieren, wodurch sie billiger und tragbarer werden“, sagte Wang. „Letztendlich möchten wir eine photonische CPU entwickeln, die auf diesem Kommunikationsmodus basiert.“

Übersprechen aufheben

MQW-III-Nitrid-Dioden sind Chip-basierte Bauelemente, die einen Überlappungsbereich zwischen den von ihnen emittierten und detektierten Wellenlängen aufweisen. Dadurch können sie gleichzeitig sowohl als Sender als auch als Empfänger in einem drahtlosen lichtbasierten Kommunikationssystem verwendet werden. Diese Dioden verfügen auch über eine Vielzahl von Lichtemissions-, Transmissions-, Modulations- und Erkennungsfunktionen, die sie für diese Anwendung nützlich machen.

In der neuen Arbeit verwendeten die Forscher blau und grün emittierende MQW-III-Nitrid-Dioden, um ein Single-Link-Kommunikationssystem zu schaffen, das Informationen auf mehr als einem Kanal senden und empfangen kann. Dazu musste herausgefunden werden, wie das Übersprechen zwischen den verschiedenen optischen Signalen verhindert werden kann.

Sie erreichten dies, indem sie einen Aufbau mit zwei blau emittierenden MQW-III-Nitrid-Dioden entwarfen, die zwischen zwei grünen Dioden in einem einzigen optischen Pfad platziert waren. Jeder Diodenchip war mit einer Beschichtung mit verteilter Bragg-Reflexion (DBR) beschichtet, die blaues Licht blockierte, während grünes Licht durchgelassen wurde. Dies erzeugte einen grünen Lichtweg mit einer grünen Diode, die als Sender und eine als Empfänger fungierte, während das blaue Licht zwischen dem blauen Dioden-Sender/Empfänger-Paar blieb.

Demonstrieren von zwei Kanälen

Um das System zu testen, führten die Forscher verschiedene Arten optischer Charakterisierungen durch. Sie zeigten zum Beispiel, dass, wenn die blaue Diode als Sender fungierte, die Lichtemission zunahm, wenn der Injektionsstrom von 10 mA auf 30 mA zunahm, wodurch die Energie und Informationen aus dem elektrischen in den optischen Bereich umgewandelt wurden. Sie zeigten auch, dass sich die Emissions- und Detektionsspektren des Blaulichtchips um etwa 37 nm überlappten, was die gleichzeitige Emission und Detektion bestätigte. Insgesamt bestätigten diese Tests, dass eine optische Vollduplex-Kommunikationsverbindung mit einem einzigen optischen Pfad unter Verwendung von zwei Paaren von MQW-III-Nitrid-Dioden stabil aufgebaut werden konnte und eine Datenrate von 100 Bit pro Sekunde lieferte.

„Durch diesen neuen Kommunikationsmodus haben wir die Einsparung von Kanalraum und Kosten sowie die hohe Integration der Kommunikation gezeigt“, sagte Wang. „Dies ist von großer Bedeutung für die Miniaturisierung und Integration von photonischen Chips in der Zukunft.“

Die Forscher arbeiten nun daran, die gleichzeitigen Emissions- und Detektionseigenschaften von MQW-III-Nitrid-Dioden besser zu verstehen, um optoelektronische Chips herzustellen, die noch integrierter und multifunktionaler sind. Sie arbeiten auch daran, die Erkennungsfähigkeiten des neuen Kommunikationssystems zu verbessern.