Les chercheurs ont fait la démonstration d’un nouveau système de communication par lumière visible qui utilise un seul chemin optique pour créer une liaison de communication multicanal par voie aérienne. Cette approche pourrait être utilisée comme lien de communication de secours ou pour connecter des appareils de l’Internet des objets.
« Les systèmes de communication optique en espace libre d’aujourd’hui utilisent généralement deux liaisons distinctes avec des chemins optiques séparés pour établir deux canaux », a déclaré le chef de l’équipe de recherche Yongjin Wang de l’Université des postes et télécommunications de Nanjing en Chine. « Ce nouveau mode de communication peut économiser la moitié de l’espace, du coût et de l’énergie des canaux en utilisant une seule liaison. »
Les chercheurs décrivent leur nouvelle approche dans la revue Lettres optiques. Il est basé sur des dispositifs appelés diodes au nitrure III à puits quantiques multiples (MQW) qui peuvent émettre et détecter de la lumière en même temps.
« Cette technique pourrait permettre aux fonctions de communication basées sur la lumière d’être hautement intégrées sur une puce, ce qui pourrait également être utilisé pour réduire la taille des circuits imprimés, les rendant moins chers et plus portables », a déclaré Wang. « A terme, nous aimerions développer un processeur photonique basé sur ce mode de communication. »
Annulation de la diaphonie
Les diodes MQW III-nitrure sont des dispositifs à puce qui présentent une région de chevauchement entre les longueurs d’onde qu’elles émettent et détectent. Cela leur permet d’être utilisés simultanément comme émetteur et récepteur dans un système de communication sans fil basé sur la lumière. Ces diodes présentent également une variété de fonctions d’émission, de transmission, de modulation et de détection de lumière qui les rendent utiles pour cette application.
Dans le nouveau travail, les chercheurs ont utilisé des diodes de nitrure MQW III à émission bleue et verte pour créer un système de communication à liaison unique capable de transmettre et de recevoir des informations sur plusieurs canaux. Cela nécessitait de déterminer comment empêcher la diaphonie de se produire entre les différents signaux optiques.
Ils y sont parvenus en concevant une configuration avec deux diodes de nitrure MQW III à émission bleue placées entre deux diodes vertes dans un seul chemin optique. Chaque puce de diode était recouverte d’un revêtement à réflexion de Bragg distribuée (DBR) qui bloquait la lumière bleue tout en laissant passer la lumière verte. Cela a créé un chemin optique vert avec une diode verte agissant comme émetteur et une comme récepteur tandis que la lumière bleue restait entre la paire émetteur/récepteur à diode bleue.
Démonstration de deux canaux
Pour tester le système, les chercheurs ont réalisé différents types de caractérisations optiques. Par exemple, ils ont montré que lorsque la diode bleue fonctionnait comme un émetteur, l’émission de lumière augmentait à mesure que le courant d’injection augmentait de 10 mA à 30 mA, convertissant l’énergie et les informations du domaine électrique dans le domaine optique. Ils ont également démontré que les spectres d’émission et de détection de la puce de lumière bleue se chevauchaient d’environ 37 nm, confirmant l’émission et la détection simultanées. Dans l’ensemble, ces tests ont confirmé qu’une liaison de communication optique en duplex intégral à chemin optique unique pouvait être formée de manière stable à l’aide de deux paires de diodes au nitrure MQW III, délivrant un débit de données de 100 bits par seconde.
« Grâce à ce nouveau mode de communication, nous avons montré l’économie d’espace et de coût des canaux et la forte intégration de la communication », a déclaré Wang. « Ceci est d’une grande importance pour la miniaturisation et l’intégration des puces photoniques à l’avenir. »
Les chercheurs travaillent maintenant à mieux comprendre les propriétés d’émission et de détection simultanées des diodes au nitrure MQW III pour fabriquer des puces optoélectroniques encore plus intégrées et multifonctionnelles. Ils travaillent également à améliorer les capacités de détection du nouveau système de communication.
Kang Fu et al, système de communication de lumière visible en duplex intégral utilisant un seul canal, Lettres optiques (2022). DOI : 10.1364/OL.470796