紫外光通訊的優缺點是什麼 未來紫外光通訊的應用幾何形狀?

發布時間:2024-05-07 閱讀:1256

紫外光通訊系統一般由發射系統和接收系統組成,其中發射系統將訊號源產生的原始電訊號轉換為適合在通道內傳輸的訊號,接收系統從訊號中接收和恢復相應的原始訊號。 紫外光通訊起源於光無線通訊技術或自由空間光通訊(FSO),它是一種寬頻接入方式,是光通訊與無線通訊相結合的產物。 光無線通訊技術是利用光束訊號穿過大氣空間,在組成和結構上與光傳輸系統相似。

紫外光通訊和光通訊技術結構大致相同,其原理是基於兩種相互關聯的物理現象,一種是大氣中的臭氧對波長200nm-280nm的紫外線有吸收作用,我們通常稱之為太陽盲區,利用太陽盲區到達地面的紫外線輻射在海平面上的衰減幾乎為零; 另一種現象是地球表面遮陽區的紫外線被大氣強烈散射。 由於盲區的存在,為200nm-280nm波段的紫外光通訊系統提供了通訊條件。 同時,由於紫外光的散射,可以改變能量傳輸的方向,為通訊奠定了基礎,並利用大氣散射和吸收的原理來實現紫外光通訊技術。

紫外光通訊以當天盲區的光譜為載體,生成埠由光源、調製驅動器、指定的紫外光源組成,發射機處的訊號在紫外光載流子上調製並載入並發出,利用大氣散射進行傳播, 接收埠的紫外檢測器、處理驅動器和字母識別對紫外光訊號進行識別和破譯,並對資訊訊號進行處理。

目前,紫外光通訊系統在通訊方式上有視距通訊和非視距通訊。 視距通訊與光無線通訊基本相同,遵循訊號強度與距離的平方成指數、成反比的衰減定律。 非視距通訊是紫外光的一種獨特方法,由於散射效應,紫外光在傳輸過程中產生的電磁場使大氣中粒子的電荷振盪,振盪電荷產生電偶極子,輻射出二次球波。 由於電荷的振盪與原波同步,二次波和原波具有相同的電磁振盪頻率,並且與原波具有固定的相位關係,二次球波的波面分布和振動決定了散射光的散射方向。 因此,散射在大氣中的紫外線訊號保留了與光源相同的資訊,從而實現了資訊傳輸。

紫外光通訊的特點

1.不受無線電管理委員會的限制,由於波長為200-280nm,頻段是開放的,在使用中不需要頻率應用,無線電單次通訊也不需要申請頻率許可證。

2.紫外光通訊的干擾較小。 由於200-280nm是太陽盲區,這個波長的光被大氣分子和懸浮粒子吸收,強度呈指數衰減,對地球表面的能量非常微弱,因此背景雜訊非常小。

3.紫外光通訊保密性高,紫外波速度很窄,方向性好,屬於不可見光,白天黑夜都找不到,所以鏈路位置無法檢測,沒有監控的可能,干擾和攔截的可能性更小。

4.紫外光通訊適用於遮擋場景,因為紫外光源通過在大氣中擴散的粒子隨電荷振盪,形成固定的相位關係,並被接收器接收。 因此,紫外可以進行非視距通訊,適應複雜的地形環境,並克服其他必須採用視距工作模式的自由空間光通訊系統的缺點。

5.紫外光通訊具有高度的靈活性,紫外光通訊平台可以採用車載、機載、艦載,克服了傳統有線無線通訊需要電纜和基站的缺點。 紫外光通訊的接收器就像乙個攝像機,可以隨時隨地安裝,以便快速布局。

在複雜的環境中,當無線通訊、有線通訊和光纖通訊不可用時,紫外光通訊將起到作為通訊備用手段的作用。

紫外光通訊的技術突破

1.傳輸距離短,由於大氣衰減的影響,紫外線適合在1km以內進行短距離通訊,超過1km就很難探測到。

2.紫外線對人體安全的威脅,紫外線一直關注人體安全,在沒有防護罩的情況下,直射紫外線會對人體造成傷害。 不過,由於222nm安全帶的發展,這個問題也將得到解決。

由於紫外光通訊是利用紫外線通過大氣層傳輸的,紫外線會被大氣層和懸浮顆粒吸收,不適合遠距離通訊。 紫外光通訊系統仍在開發中,但不能大面積商業化。 然而,由於其明顯的技術優勢,其劣勢正在被技術進步所抵消,具有廣闊的應用前景和巨大的市場潛力,許多問題正在逐步得到解決。

事實上,早在1960年,美國海軍就開始研究紫外光通訊,並於1964年gl.Harvey 從事紫外光通訊關鍵技術的研究,1967 Ja.Sanderson將其應用於現實世界的光通訊實驗。

2000年,美國通用汽車公司為美軍研製了一種實用的新型隱蔽紫外無線通訊系統,該系統已配備部隊,該系統的通訊速率已提高到4個8kbit s,誤位元速率達到10-6。 該系統不易被發現和接收,適用於多種短程抗干擾通訊環境,特別是特種作戰和低裂變衝突,能滿足戰術通訊的要求。

2002 年,SET 生產了一種波長在 247 至 365nm 之間的商用深紫外 LED。 SET公司提供峰值波長為247 365nm的深紫外LED。 雖然它的電功率是150毫瓦,而輻射光功率只有微瓦,無法與毫瓦光功率的紅外LED相提並論,但近年來,隨著技術和材料的快速發展,紫外LED的電功率、光功率和可靠性都得到了很大的提高。

2004年,麻省理工學院林肯實驗室採用274nm紫外LED作為光源,製作了240個紫外LED陣列,光功率僅為45毫瓦。 實驗採用非直接視覺通訊,在100公尺範圍內通訊速率為200 bits s。

2007年,美國國防部高技術計畫局開始資助深紫外波段雪崩二極體的研發,要求其響應波段峰值為280nm,增益為610,並取得了積極進展。

2020年,日本東北大學的研究人員提出了一種利用深紫外LED改善光無線通訊LIF的方法,並於7月22日在《應用物理快報》上發表了研究成果。 東北大學先進材料研究所多學科副教授Kazunobu Kojima表示,可見光和紅外無線通訊都可能受到陽光的干擾。 為了避免與太陽光混淆,通過使用深紫外光來改善光通訊,深紫外光不受陽光干擾,因此可以被檢測到。

美國陸軍研究人員正在探索在戰場上使用紫外線通訊,通過他們的技術使對手無法檢測到秘密鏈結。 這項研究由美國陸軍作戰能力發展司令部陸軍研究實驗室進行,其主要目的是為未來的研究開發乙個框架,該框架可以量化紫外線通訊在什麼情況下對友軍有用,對敵人來說是無法探測的。

目前,受限於紫外晶元技術水平,廠商並不多,業內普遍認為UVB UVC的全球領先者是美國的SETI,其次是南韓的LGIT和Seoul Semiconductor,以及Lumileds和歐司朗。 中國涉足紫外晶元領域的廠商主要是台灣企業,如廣虹、聯盛和國內智信半導體等。 由於技術難度大,許多想進入這個領域的公司望而卻步。

晶元半導體研究人員在藍寶石模板上製作了深紫外晶元,測量了它們的傳輸速度,發現深紫外晶元可以比傳統LED更小,通訊速度更快。小晶元的整合有利於提高光通訊技術的功率和速度。

可以看出,紫外通訊系統作為一種新的通訊手段,將為人們提供一種新的寬頻接入技術,利用頻譜突破頻寬接入的瓶頸。 隨著對高速本地網路互聯需求的日益增加,針對不同的場合和不同的使用者需求,通過合理的配置系統將加速實現紫外光通訊應用。 目前,許多技術已經在研發中,並在軍事、娛樂、生活場景等領域進行測試和應用。