可見(jiàn)光通信（Visible Light Communication，VLC）技術(shù)是一種無(wú)線通訊技術(shù)，它利用處于可見(jiàn)光波段的光線作為信息載體，在空氣中直接達(dá)成訊息傳輸?shù)哪康摹LC技術(shù)相較傳統(tǒng)的無(wú)線電技術(shù)具有更高的帶寬（》400 THz），并且發(fā)光器件在照明、顯示以及移動(dòng)電話等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，使得VLC技術(shù)成為新興的研究熱點(diǎn)。

迄今為止已報(bào)道的最快的VLC鏈路是基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)光二極管（LED）和激光二極管（LD），傳輸速度最快可達(dá)35Gb/s。

而對(duì)于使用了有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的VLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，雖然傳輸速度（Mb/s）遠(yuǎn)低于無(wú)機(jī)VLC系統(tǒng)，但已足夠滿足某些場(chǎng)景的應(yīng)用。

例如物聯(lián)網(wǎng)（internet of things，IoT）和上行鏈路（uplink），只需要幾兆每秒的傳輸速度；

更重要的是，有機(jī)半導(dǎo)體可以通過(guò)熱蒸鍍等方法廉價(jià)地沉積在大面積區(qū)域上，這將VLC性能的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)從數(shù)據(jù)傳輸速率轉(zhuǎn)移到諸如制造成本、毒性、可持續(xù)性、產(chǎn)量和靈活性等規(guī)格上，使得OLED在VLC技術(shù)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。

然而，無(wú)論是無(wú)機(jī)LED還是OLED，由于可見(jiàn)光在非透明介質(zhì)中的穿透深度較低，使得VLC的使用受到了限制。

一種解決方法是將光譜范圍拓展到近紅外區(qū)域（NIR，700-1000 nm），該方法不僅可以拓寬VLC鏈路的帶寬，同時(shí)考慮到近紅外光能夠穿透生物組織，使得VLC技術(shù)在光子生物領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。

目前，基于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化材料（Narrow-gap hybrid organic–inorganic materials）和金屬有機(jī)磷光配合物（organometallic phosphorescent complexes）的NIR OLEDs雖然外量子效率可以達(dá)到10%，但由于它們含有重金屬，因此具有一定的毒性，無(wú)法應(yīng)用于生物醫(yī)藥以及食品行業(yè)。

近日，由紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)、倫敦大學(xué)學(xué)院、倫敦納米技術(shù)中心、波蘭科學(xué)院等機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)，通過(guò)使用一種不含有重金屬的新型OLED開(kāi)發(fā)出了數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達(dá)到2.2Mb/s的 VLC裝置，并將光譜范圍拓展到了近紅外區(qū)域，為物聯(lián)網(wǎng)以及生物傳感技術(shù)創(chuàng)造了機(jī)遇。該成果以“Visible light communication with efficient far-red/near-infrared polymer light-emitting diodes”為題發(fā)表在Light： Science & Applications，通訊作者為Daniel T. Gryko教授， Izzat Darwazeh教授和Franco Cacialli教授。

在這項(xiàng)工作中，研究人員制備的紅/近紅外OLED（650-800nm）外量子效率可達(dá)2.7%，照度以及亮度分別達(dá)到了3.5 mW/cm2和260 cd/m2。這里報(bào)道的效率是目前已知的在該光譜范圍內(nèi)，活性層不含有毒性重金屬的NIR OLEDs中最高的量子效率。在不采用復(fù)雜計(jì)算的高功耗均衡器的情況下，使用該OLED制成的實(shí)時(shí)（real-time）VLC裝置，無(wú)誤差傳輸速率高達(dá)2.2Mb/s，這也是在同類(lèi)VLC鏈路中已知的最高傳輸速率。這一速率足夠滿足室內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路（如物聯(lián)網(wǎng)）以及生物傳感應(yīng)用的需要。

圖 VCL的簡(jiǎn)化裝置示意圖

該項(xiàng)工作的參與者之一Haigh 博士說(shuō)：“我們團(tuán)隊(duì)首次開(kāi)發(fā)出高效、長(zhǎng)波長(zhǎng)（遠(yuǎn)紅/近紅外）且不含重金屬的聚合物L(fēng)ED，這一直是有機(jī)光電子學(xué)界長(zhǎng)期面臨的研究挑戰(zhàn)，達(dá)到如此高的數(shù)據(jù)傳輸速率，為將便攜、可穿戴或植入式有機(jī)生物傳感器集成到可見(jiàn)光/近可見(jiàn)（不可見(jiàn)）光通信鏈路中創(chuàng)造了機(jī)遇。”

文章信息

Minotto， A.， Haigh， P.A.， ?ukasiewicz， ?.G. et al. Visible light communication with efficient far-red/near-infrared polymer light-emitting diodes. Light Sci Appl 9， 70 （2020）。

論文地址

https://doi.org/10.1038/s41377-020-0314-z
責(zé)編AJX