可见光通信:OLED在数据传输上的新突破

可见光通信(Visible Light Communication,VLC)技术是一种无线通讯技术,它利用处于可见光波段的光线作为信息载体,在空气中直接达成讯息传输的目的。VLC技术相较传统的无线电技术具有更高的带宽(>400 THz),并且发光器件在照明、显示以及移动电话等领域都有广泛应用,使得VLC技术成为新兴研究热点

迄今为止已报道的最快的VLC链路是基于无机半导体材料的发光二极管(LED)和激光二极管(LD),传输速度最快可达35Gb/s
而对于使用了有机发光二极管(OLED)的VLC系统来说,虽然传输速度(Mb/s)远低于无机VLC系统,但已足够满足某些场景的应用
例如物联网(internet of things,IoT)和上行链路(uplink),只需要几兆每秒的传输速度;
更重要的是,有机半导体可以通过热蒸镀等方法廉价地沉积在大面积区域上,这将VLC性能的评判标准从数据传输速率转移到诸如制造成本、毒性、可持续性、产量和灵活性等规格上,使得OLED在VLC技术领域占有举足轻重的地位。

然而,无论是无机LED还是OLED,由于可见光在非透明介质中的穿透深度较低,使得VLC的使用受到了限制。

一种解决方法是将光谱范围拓展到近红外区域(NIR,700-1000 nm),该方法不仅可以拓宽VLC链路的带宽,同时考虑到近红外光能够穿透生物组织,使得VLC技术在光子生物领域的应用成为可能。

目前,基于有机-无机杂化材料(Narrow-gap hybrid organic–inorganic materials)和金属有机磷光配合物(organometallic phosphorescent complexes)的NIR OLEDs虽然外量子效率可以达到10%,但由于它们含有重金属,因此具有一定的毒性,无法应用于生物医药以及食品行业。

近日,由纽卡斯尔大学、伦敦大学学院、伦敦纳米技术中心、波兰科学院等机构组成的研究团队,通过使用一种不含有重金属的新型OLED开发出了数据传输速率能够达到2.2Mb/s的 VLC装置,并将光谱范围拓展到了近红外区域,为物联网以及生物传感技术创造了机遇。该成果发表在Light: Science & Applications,通讯作者为Daniel T. Gryko教授, Izzat Darwazeh教授和Franco Cacialli教授。

可见光通信:OLED在数据传输上的新突破

在这项工作中,研究人员制备的红/近红外OLED(650-800nm)外量子效率可达2.7%,照度以及亮度分别达到了3.5 mW/cm2和260 cd/m2这里报道的效率是目前已知的在该光谱范围内,活性层不含有毒性重金属的NIR OLEDs中最高的量子效率。在不采用复杂计算的高功耗均衡器的情况下,使用该OLED制成的实时(real-time)VLC装置,无误差传输速率高达2.2Mb/s,这也是在同类VLC链路中已知的最高传输速率。这一速率足够满足室内点对点链路(如物联网)以及生物传感应用的需要。

该项工作的参与者之一Haigh 博士说:“我们团队首次开发出高效、长波长(远红/近红外)且不含重金属的聚合物LED,这一直是有机光电子学界长期面临的研究挑战,达到如此高的数据传输速率,为将便携、可穿戴或植入式有机生物传感器集成到可见光/近可见(不可见)光通信链路中创造了机遇。” [中科院长春光机所Light学术出版中心 撰稿北京科技大学 蔡昊博士生]

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