研究团队通过新型OLED开发数据传输速率达2.2Mb/s的VLC装置

可见光通信（Visible Light Communication，VLC）技术是一种无线通讯技术，它利用处于可见光波段的光线作为信息载体，在空气中直接达成讯息传输的目的。VLC技术相较传统的无线电技术具有更高的带宽（》400 THz），并且发光器件在照明、显示以及移动电话等领域都有广泛应用，使得VLC技术成为新兴的研究热点。

迄今为止已报道的最快的VLC链路是基于无机半导体材料的发光二极管（LED）和激光二极管（LD），传输速度最快可达35Gb/s。

而对于使用了有机发光二极管（OLED）的VLC系统来说，虽然传输速度（Mb/s）远低于无机VLC系统，但已足够满足某些场景的应用。

例如物联网（internet of things，IoT）和上行链路（uplink），只需要几兆每秒的传输速度；

更重要的是，有机半导体可以通过热蒸镀等方法廉价地沉积在大面积区域上，这将VLC性能的评判标准从数据传输速率转移到诸如制造成本、毒性、可持续性、产量和灵活性等规格上，使得OLED在VLC技术领域占有举足轻重的地位。

然而，无论是无机LED还是OLED，由于可见光在非透明介质中的穿透深度较低，使得VLC的使用受到了限制。

一种解决方法是将光谱范围拓展到近红外区域（NIR，700-1000 nm），该方法不仅可以拓宽VLC链路的带宽，同时考虑到近红外光能够穿透生物组织，使得VLC技术在光子生物领域的应用成为可能。

目前，基于有机-无机杂化材料（Narrow-gap hybrid organic–inorganic materials）和金属有机磷光配合物（organometallic phosphorescent complexes）的NIR OLEDs虽然外量子效率可以达到10%，但由于它们含有重金属，因此具有一定的毒性，无法应用于生物医药以及食品行业。

近日，由纽卡斯尔大学、伦敦大学学院、伦敦纳米技术中心、波兰科学院等机构组成的研究团队，通过使用一种不含有重金属的新型OLED开发出了数据传输速率能够达到2.2Mb/s的 VLC装置，并将光谱范围拓展到了近红外区域，为物联网以及生物传感技术创造了机遇。该成果以“Visible light communication with efficient far-red/near-infrared polymer light-emitting diodes”为题发表在Light： Science & Applications，通讯作者为Daniel T. Gryko教授， Izzat Darwazeh教授和Franco Cacialli教授。

在这项工作中，研究人员制备的红/近红外OLED（650-800nm）外量子效率可达2.7%，照度以及亮度分别达到了3.5 mW/cm2和260 cd/m2。这里报道的效率是目前已知的在该光谱范围内，活性层不含有毒性重金属的NIR OLEDs中最高的量子效率。在不采用复杂计算的高功耗均衡器的情况下，使用该OLED制成的实时（real-time）VLC装置，无误差传输速率高达2.2Mb/s，这也是在同类VLC链路中已知的最高传输速率。这一速率足够满足室内点对点链路（如物联网）以及生物传感应用的需要。

图 VCL的简化装置示意图

该项工作的参与者之一Haigh 博士说：“我们团队首次开发出高效、长波长（远红/近红外）且不含重金属的聚合物LED，这一直是有机光电子学界长期面临的研究挑战，达到如此高的数据传输速率，为将便携、可穿戴或植入式有机生物传感器集成到可见光/近可见（不可见）光通信链路中创造了机遇。”

文章信息

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

论文地址

https://doi.org/10.1038/s41377-020-0314-z
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