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基于微型LED的高速可见光通信
基于微型LED的高速可见光通信
易百纳技术社区 Winki 2023-01-20 00:00:00

下一代蜂窝网络的发展旨在创建更快、更可靠的解决方案。下一代 6G 网络和元宇宙都需要高传输速度。可见光通信(VLC)被认为是无线通信的重要辅助技术。

发光二极管 (LED) 固态照明技术功耗低、成本低、尺寸小、使用寿命长。此外,它是环保的。这些优势促成了LED照明市场的爆炸性增长。

值得注意的是,光谱范围在380至780 nm之间的可见光波段不像无线电频率那样获得许可,可以未经授权使用。因此,基于LED的可见光通信(VLC)技术引起了全世界的研究关注,VLC技术在过去十年中得到了迅速发展。

由于VLC系统中的信号频率很高,因此肉眼无法识别LED的闪烁。因此,通过添加相对便宜的前端组件,VLC可以在现有的照明基础设施中轻松实现,以实现速度在Gbps范围内的数据通信。

此外,与无线射频通信相当大的同信道干扰相比,可见光的传播不受电磁波的干扰,即不会发生电磁干扰现象。因此,VLC在医院、机场、核电站、地下矿山、变电站等对电磁干扰敏感的场景中具有独特的优势。

由于微发光二极管(μLED)的高调制带宽,它们是高速VLC的理想光源。尽管μLED现在广泛用于VLC,但很少有研究提供基于μLED的VLC系统从器件到应用的一般性描述。

本文的作者概述了用于VLC的μLED。从外延优化、晶体取向和有源区域结构等方面讨论了提高调制带宽的方法。此外,还介绍了基于荧光粉或量子点颜色转换的光致发光白光LED和基于μLED的VLC检测器。最后,介绍了最新的高速VLC应用以及VLC在6G中的应用前景。

作为最常见的μLED类型,c平面μLED器件的结构优化已有报道,调制带宽的提高主要集中在增强载波复合过程上。具体方法包括通过热退火形成低接触电阻的金属触点,超薄QW器件的生长等,可以显著提高μLED器件的调制带宽。

此外,C平面LED受到强量子约束斯塔克效应(QCSE)的影响,这限制了调制带宽。克服QCSE的一种方法是制造非极性或半极性结构。图中显示了具有不同晶体取向的μLED的调制带宽。在非极性面上生长的μLED的带宽最高,其次是半极平面和c平面。因此,制造非极性或半极性μLED也是提高调制带宽的一种方法。

由于其低功耗、高亮度、高分辨率和色彩饱和度,μLED非常适合显示器和照明应用。因此,基于μLED的白光VLC系统除了高速数据传输外,还可以同时实现照明和显示功能,具有更大的应用前景。本文作者汇编了近年来基于μLED的白光VLC系统的最新进展,以证明此类系统有望成为下一代通信和照明技术的重要组成部分。

随着对μLED器件研究的扩展,基于μLED的高速VLC越来越受到关注。本文总结了μLED在VLC系统中的优势和挑战。介绍了提高μLED调制带宽的方法。除了传统的c极性外延结构优化和半极性/非极性GaN外延生长外,使用微结构或InGaN QD作为活性区的μLED也可以提高辐射复合速率。

μLED被认为是明亮的固态光源,与用于VLC的不同类别的WLED相比。同样,μLED也可以用作VLC系统中的检测器。最后,介绍了VLC在6G中的前景和最新的高速VLC应用。鉴于高速传输的优势,基于μLED的VLC有望成为6G的辅助技术,并与其他通信技术合作,造福我们的日常生活。

这项工作为高带宽μLED的器件设计提供了新的思路,揭示了基于μLED的高速VLC系统的更多潜在用途,并为VLC在下一代通信技术中的推广提供了新的技术路径。


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