Исследователи из двух научных центров в Китае разработали систему связи для потенциального спектра 6G с мультиплексированием по длине волны на основе светодиода из GaN с кремниевой подложкой и трехмерной структурированной квантовой V-образной ямкой. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Существующие ресурсы радиочастотного спектра серьезно истощены, чтобы удовлетворить потребности в спектре 6G для сверхвысокой скорости и сверхбольшой емкости. Эта проблема побуждает исследователей сосредоточиться на диапазонах более высоких частот, таких как терагерцовый, инфракрасный и видимый свет. Последний вариант использует сверхширокий спектр от 400 до 800 ТГц, который имеет преимущества высокой секретности, безвредности для окружающей среды и отсутствия вредного электромагнитного излучения.
При уже имеющихся светодиодных технологиях системы связи в диапазонах видимого света могут быть интегрированы с системами освещения. Но фактическая доступная полоса пропускания системы, ограниченная электрооптическими характеристиками светодиодных устройств, очень мала. Микросветодиоды имеют пропускную способность устройства на уровне около 3 дБ в ГГц. Однако по мере того, как размер устройства уменьшается до десятков микрон, плотность тока микросветодиодных устройств резко возрастает, и дальнейшее улучшение становится затруднительным.
При ограничении плотности тока микро-светодиодам трудно достичь оптической мощности на уровне ватт, что не подходит для дальней и подводной оптической связи, требующей мощных оптических передатчиков. Таким образом, задача улучшить коммуникационные характеристики светодиодов обычного размера является ключевым вопросом для реализации высокоскоростной связи в видимом свете.
Исследователи из КНР открыли новые возможности создать систему связи видимого света с мультиплексированием по длине волны на основе многоцветного светодиода. В системе используется светодиод на основе GaN с кремниевой подложкой и трехмерной структурированной квантовой ямкой с гексагональным профилем, открывающаяся в сторону полупроводникового слоя.
Установлено, что светодиодам на основе GaN для достижения более длинных длин волн спонтанного излучения необходимо добавить более высокий компонент индия в квантовую яму, что приводит к серьезной проблеме несоответствия решеток GaN и InN. Однако структура V-образных ям помогает экранировать дислокации, вызванные несоответствием решетки в светодиодах на основе GaN, тем самым значительно улучшая качество квантовых ям и оптическую эффективность светодиодов на основе GaN с большими длинами волн (такими как желто-зеленые полосы).
Во время испытательного моделирования матрицы исследователи обнаружили, что V-образная ямка сильно увеличивает плотность тока в ее окрестностях. Большое количество носителей заряда затопило V-ямку, а затем они были горизонтально перенесены на соседнюю плоскую площадку. Модель показывает, что V-образный пит эффективно снижает последовательное сопротивление устройства и увеличивает реакцию устройства на высокочастотные сигналы.
Многоцветная светодиодная матрица, используемая в исследовании китайских ученых, содержит восемь различных светодиодных блоков, что позволяет одновременно задействовать до восьми независимых каналов мультиплексирования. За исключением красных светодиодов с длиной волны 660 и 620 нм, остальные шесть светодиодов в диапазоне длин волн 570-450 нм используют светодиоды на основе GaN с кремниевой подложкой, разработанные Национальным институтом светодиодов Наньчанского университета.
На основе массива таких светодиодов исследователи из Университета Фудань в Шанхае построили прототип системы связи и составили соответствующие программы цифровой обработки сигналов, включая программу модуляции/демодуляции с загрузкой битовой мощности, цифровой предварительный эквалайзер и программный постэквалайзер на основе на рекуррентной нейронной сети. Эта система связи при тестировании смогла обеспечить общую скорость передачи 31,38 Гбит/с.