Традиционные беспроводные коммуникационные технологии, такие, как Bluetooth или Wi-Fi, используют для передачи данных электромагнитные волны радиочастотного диапазона. Однако, в некоторых случаях использование электромагнитных волн диапазона видимого света может оказаться более безопасным и более эффективным.
Технология, работающая в этом диапазоне и использующая стандартные осветительные приборы, уже существует некоторое время и носит название Li-Fi. А не так давно исследователи из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (King Abdullah University of Science and Technology, KAUST), Саудовская Аравия, разработали нанокристаллы, использование которых позволяет увеличить скорость передаваемых при помощи видимого света данных до 2 Гбит в секунду.
Использование электромагнитных волн диапазона видимого света, который является лишь небольшой частью от всего спектра, имеет несколько преимуществ в некоторых случаях. Стандартные радиочастотные диапазоны, выделенные для беспроводных коммуникаций, постепенно забиваются, кроме этого, радиоволны могут стать помехами для чувствительного электронного оборудования, используемого в медицинских учреждениях и в навигационных системах самолетов. А коммуникационные системы, работающие в диапазоне видимого света (Visible-light communication, VLC), полностью лишены вышеперечисленных недостатков.
В настоящее время ядром VLC-систем являются источники света на базе светодиодов, в которых используются соединения фосфора, которые превращают часть излучаемого синего света в красный и зеленый свет. Когда синий, зеленый и красный свет смешиваются, то получается белый свет, который используется и для освещения, и для передачи данных. Но такой подход имеет ряд существенных ограничений.
“VLC-системы, использующие “синтетический” белый свет, имеют ограничение пропускной способности на уровне 100 миллионов бит в секунду” – рассказывает Бун Ой (Boon Ooi), профессор электроники и электротехники, – “Дальнейшее повышение скорости коммуникаций возможно лишь за счет увеличений количества параллельных каналов, что наглядно продемонстрировали ученые из университета Вирджинии, которые добились скорости 300 Mbps, компании Siemens, получившие скорость 500 Mbps, и Пенсильванского университета, которые получили скорость 1.6 Gbps при помощи невидимого инфракрасного света”.
Исследователям из KAUST удалось же получить скорость 2 Gbps при помощи белого света, синтезированного из цветного света при помощи специальных нанокристаллов. Эти нанокристаллы, имеющие размер в 8 нм, изготовлены из бромида свинца-цезия, и когда они освещаются синим светом, они испускают зеленый свет. А нанокристаллы из нитрата фосфора излучают красный свет, при этом, эффективность системы в целом не уступает эффективности наилучших белых светодиодов.
Передаваемые данные модулируются сериями коротких вспышек, которые неразличимы человеческим глазом, но которые четко улавливаются датчиком приемника. Нанокристаллы имеют быстродействие порядка семи наносекунд, что позволяет модулировать источник света с частотой 491 МГц. Это, в свою очередь, позволяет передавать данные со скоростью 2 Гбита в секунду, а в теории такой подход может обеспечить максимальную скорость до 10 Гбит в секунду.
“Быстрая реакция обеспечивается в первую очередь малыми размерами самих кристаллов” рассказывает Осман Бакр (Osman Bakr), – “Наш подход позволяет во много раз увеличить вероятность того, что свободный электрон объединится с электронной дыркой, что приведет к излучению фотона с определенной длиной волны”.