Эволюция сотовых сетей следующего поколения направлена на создание более быстрых и надежных решений. И сеть 6G следующего поколения, и метавселенная требуют высоких скоростей передачи. Связь в видимом свете (VLC) считается важной вспомогательной технологией беспроводной связи.
Технология полупроводникового освещения на основе светодиодов (LED) отличается низким энергопотреблением и стоимостью, небольшими размерами и длительным сроком службы. К тому же он экологически чистый. Эти преимущества способствовали взрывному росту рынка светодиодного освещения.
Примечательно, что полоса видимого света со спектральным диапазоном от 380 до 780 нм не лицензируется, как радиочастоты, и может использоваться без разрешения. Следовательно, технология передачи видимого света (VLC) на основе светодиодов привлекла внимание исследователей во всем мире, и технология VLC быстро развивалась в последнее десятилетие.
Мерцание светодиодов невозможно определить невооруженным глазом из-за высокой частоты сигнала в системе VLC. Таким образом, добавляя относительно недорогие интерфейсные компоненты, VLC можно легко внедрить в существующие инфраструктуры освещения для обеспечения передачи данных со скоростями в диапазоне Гбит/с.
Кроме того, по сравнению со значительными внутриканальными помехами беспроводной радиочастотной связи распространение видимого света не нарушается электромагнитными волнами, т. е. явления электромагнитной интерференции не возникает. Таким образом, VLC предлагает уникальные преимущества в больницах, аэропортах, атомных электростанциях , подземных шахтах, подстанциях и других сценариях, чувствительных к электромагнитным помехам.
Благодаря широкой полосе модуляции микросветоизлучающих диодов (μLED) они являются идеальными источниками света для высокоскоростных VLC. Несмотря на то, что µLED в настоящее время широко используются в VLC, лишь немногие исследования предоставили общее описание систем VLC на основе µLED от устройств до приложений.
Авторы этой статьи представляют обзор µLED для VLC. Обсуждаются методы улучшения ширины полосы модуляции с точки зрения оптимизации эпитаксии, ориентации кристалла и структуры активной области. Кроме того, представлены фотолюминесцентные белые светодиоды на основе преобразования цвета люминофора или квантовых точек и детекторы на основе µLED для VLC. Наконец, представлены новейшие высокоскоростные приложения VLC и перспективы применения VLC в 6G.
Как наиболее распространенный тип µLED, сообщается о структурной оптимизации устройств µLED с-плоскости, а улучшение ширины полосы модуляции в основном сосредоточено на улучшении процесса рекомбинации несущих. Конкретные методы включают формирование металлических контактов с низким контактным сопротивлением путем термического отжига, выращивание ультратонких устройств с КЯ и т. д., что может значительно улучшить ширину полосы модуляции устройств µLED.
Кроме того, на светодиоды C-плоскости влияет сильный квантовый эффект Штарка (QCSE), который ограничивает полосу модуляции. Одним из подходов к преодолению QCSE является изготовление неполярных или семиполярных структур. Показана ширина полосы модуляции µLED с различной ориентацией кристаллов. Полоса пропускания µLED, выращенных на неполярных гранях, является самой высокой, за ней следуют полуполярная плоскость и c-плоскость. Следовательно, производство неполярных или полуполярных µLED также является методом улучшения ширины полосы модуляции.
Благодаря низкому энергопотреблению, высокой яркости, высокому разрешению и цветовой насыщенности µLED лучше всего подходят для дисплеев и осветительных приборов. Таким образом, системы VLC белого света на основе µLED могут выполнять как функции освещения, так и функции отображения в дополнение к высокоскоростной передаче данных, что имеет большие перспективы применения. Авторы этой статьи обобщили последние достижения в системах VLC белого света на основе µLED за последние годы, чтобы продемонстрировать, что такие системы, как ожидается, станут важной частью технологий связи и освещения следующего поколения.
По мере расширения исследований устройств µLED, высокоскоростной VLC на основе µLED вызывает все больший интерес. В этом обзоре обобщены преимущества и проблемы µLED в системах VLC. Были представлены методы улучшения ширины полосы модуляции µLED. В дополнение к обычной оптимизации c-полярной эпитаксиальной структуры и полу/неполярному эпитаксиальному росту GaN, µLED, использующие микроструктуры или квантовые точки InGaN в качестве активных областей, также могут улучшить скорость излучательной рекомбинации.
µLED считаются яркими твердотельными источниками света по сравнению с WLED различных классов для VLC. Точно так же µLED также можно использовать в качестве детекторов в системах VLC. Наконец, были представлены перспективы VLC в 6G и новейшие высокоскоростные приложения VLC. Учитывая преимущества высокоскоростной передачи, ожидается, что VLC на основе µLED станет вспомогательной технологией для 6G и будет сотрудничать с другими технологиями связи, чтобы принести пользу нашей повседневной жизни.
Эта работа предлагает новые идеи для проектирования устройств µLED с высокой пропускной способностью, раскрывает больше потенциальных применений высокоскоростных систем VLC на основе µLED и предлагает новый технический путь для продвижения VLC в коммуникационных технологиях следующего поколения.
