Ультрафиолетовые светодиоды решили главную проблему оптической беспроводной связи

У беспроводной оптической связи есть огромный потенциал передачи больших объемов данных на высокой скорости в инфракрасном диапазоне волн, выходящем за принятый диапазон радиочастот. В основе технологии лежит передача данных при помощи видимого света. С одной стороны светодиоды модулируют ток с высокой частотой, а с другой приемник улавливает модуляцию и демодулируется. Скорость передачи данных при такой технологии может превышать 10 Гбит/с, при этом сама связь недорогая и экономичная.

Одна из проблем использования этой технологии заключается в отсутствии передовых материалов для устройств, участвующих в передаче данных, чтобы в итоге обеспечить более быструю модуляцию сигнала. Да, светодиоды меньшего размера обеспечивают более быструю модуляцию, они при этом обладают меньшей мощностью. В идеале, нужен маленький светодиод с высокой мощностью, чего ученые и пытаются добиться.

Еще одна серьезная проблема заключается в том, что на оптическую беспроводную связь оказывает значительное влияние яркий солнечный свет. Он создает помехи и в некоторых случаях может даже прерывать сигнал.

Светодиоды, излучающие дальний ультрафиолет, решают проблему влияния солнечного света на беспроводную оптическую связь. Изображение: Tohoku University

Команда исследователей из японского Университета Тохоку нашла практически идеальное решение этих проблем, разработав долговечные и быстрые светодиоды. Результаты работы опубликованы в Applied Physics Letters.

Исследователи стремились разными способами улучшить светодиоды, которые модулируют ток, и в итоге остановились на лампах с так называемым дальним ультрафиолетовым излучением (УФ-С, UVC) с более короткой длиной волны. Дальний ультрафиолет не попадает на Землю, так как полностью блокируется атмосферным слоем.

Светодиоды, испускающие дальний ультрафиолет, в настоящее время в больших количествах производятся для борьбы с COVID-19. По некоторым исследованиям, такое излучение способно бороться с вирусами, поэтому дальний ультрафиолетовый свет используется в стерилизации. Важно, что солнечные лучи не являются для него помехой. Также достоинство таких светодиодов заключается в том, что они дешевы и практичны.

Исследователи вырастили новые ультрафиолетовые светодиоды на сапфировых подложках, что считается недорогим способом их производства, и измерили скорость, с которой они передают данные. В результате при том, что новые светодиоды были меньше традиционных по размеру, они намного быстрее передавали данные.

По словам разработчиков, в их способе множество крошечных светодиодов объединяются в один ультрафиолетовый светодиод. А тот, в свою очередь, обладает одновременно и высокой мощностью, и большой скоростью, чего ученые и пытались добиться.

Исследователи рассчитывают на использование ультрафиолетовых светодиодов в сетях 5G. Многие технологии в настоящее время проходят тестирование для обеспечения высокой скорости при передаче данных в 5G, и Li-Fi — один из кандидатов.