Percée ! La LED à ultraviolet lointain atteint un débit de transmission de données record de 1,5 Gbit/s.

Des chercheurs de l’Institut Ferdinand‑Braun – Institut Leibniz pour les technologies des hautes fréquences (FBH) à Berlin, ainsi que de l’Institut de photonique de l’Université de Strathclyde et du Centre de recherche sur le LiFi de l’Université de Cambridge, ont réalisé un débit de transmission de données pouvant atteindre 1,5 Gbit/s grâce à de nouveaux diodes électroluminescentes (DEL/LED) dans le domaine des ultraviolets lointains (far‑UVC). Ces dispositifs, développés par le FBH, ont établi un nouveau record de débit dans le domaine des communications optiques sans fil à des longueurs d’onde inférieures à 235 nm.

La technologie des ultraviolets lointains présente des avantages uniques pour les communications en extérieur : dans cette gamme spectrale, la lumière solaire ne génère pratiquement aucun signal de fond. Cette technologie pourrait donc permettre de mettre en place des liaisons fiables de communication optique en plein air, tout en venant compléter les systèmes de communication radiofréquence lorsque ceux‑ci atteignent leurs limites de performance. Les véhicules autonomes, les drones, les machines industrielles connectées, les robots et les applications de protection civile dépendent tous de connexions de données sans fil fiables. Parallèlement, un nombre croissant de systèmes se disputent les ressources limitées en fréquences.

Les communications optiques sans fil peuvent venir compléter efficacement les technologies de communication radiofréquence. Toutefois, les systèmes utilisant la lumière visible ou l’infrarouge sont confrontés à un défi majeur en milieu extérieur : le Soleil émet également des radiations dans ces mêmes gammes de longueurs d’onde. Ce rayonnement de fond solaire peut perturber le signal lumineux, rendant difficile une transmission fiable des données. Par conséquent, de tels systèmes nécessitent souvent un alignement précis du faisceau laser.

Les communications UVC ne sont pas perturbées par le rayonnement de fond solaire

Dans la gamme des longueurs d’onde inférieures à 280 nm, la radiation solaire est presque entièrement absorbée par la haute atmosphère ; très peu de rayonnement solaire parvient donc à la surface terrestre. Ainsi, les communications optiques sans fil utilisant la lumière UVC ne subissent pratiquement aucune interférence due au signal de fond solaire. Dans cette expérience, les chercheurs ont utilisé de la lumière ultraviolette lointaine à des longueurs d’onde inférieures à 235 nm. Cette radiation est fortement absorbée par les tissus non vivants situés à la surface de la peau, et sa profondeur de pénétration dans les tissus vivants est bien moindre que celle des radiations ultraviolettes de plus longue longueur d’onde. C’est pourquoi ce type d’ultraviolet est considéré comme présentant des avantages en termes de sécurité pour la santé humaine, notamment dans les applications nécessitant un travail à proximité du corps.

Optimisation des DEL ultraviolet lointain pour atteindre des débits de transmission à fort potentiel pratique

Le Dr Jan Ruschel, scientifique senior au FBH, explique : « Nous avons spécialement optimisé ces DEL pour les applications de communication optique dans cette gamme spectrale. La puissance de sortie lumineuse de ces dispositifs est particulièrement élevée par rapport aux travaux internationaux similaires, et ils permettent une modulation extrêmement rapide. Ils sont donc idéaux pour l’échange de données optiques en intérieur comme en extérieur. » À cette fin, l’équipe du FBH a divisé la surface émettrice des DEL ultraviolet lointain en de nombreuses petites zones. Cette conception réduit la capacité de jonction et augmente la densité de courant. Ainsi, comparées aux dispositifs traditionnels à grande surface émettrice, ces DEL offrent une bande passante de modulation nettement supérieure.

DEL ultraviolet lointain équipée d’une lentille et d’un réflecteur

Les chercheurs de l’Université de Strathclyde et de l’Université de Cambridge ont utilisé ces DEL pour concevoir et tester un système de communication optique sans fil. Dans des conditions de visibilité directe entre l’émetteur et le récepteur, le système a atteint un débit maximal de 1,5 Gbit/s sur une distance de transmission de 30 cm. Ces mesures, effectuées en présence d’éclairage ambiant en intérieur, ont établi un nouveau record pour ce type de communication optique à courte longueur d’onde.

Cette recherche s’inscrit dans le cadre du projet TITAN mené par le Centre national britannique de recherche en télécommunications. Ce projet est dirigé par l’Université de Cambridge et financé par le Conseil britannique pour l’ingénierie et les sciences naturelles (EPSRC). Récemment, les chercheurs ont présenté leurs résultats lors d’un colloque international sur les systèmes de communication, les réseaux et le traitement numérique des signaux. (DOI de l’article : 10.1109/CSNDSP68462.2026.11654373)

Prochaines étapes : réaliser des communications hors ligne de vue sur de plus longues distances

La technologie des ultraviolets lointains pourrait également présenter un autre avantage. Les molécules présentes dans l’air provoquent la diffusion de la lumière ; ce phénomène, appelé diffusion de Rayleigh, est d’autant plus prononcé que la longueur d’onde est courte. Ainsi, même lorsque l’émetteur et le récepteur ne sont pas parfaitement alignés, ou qu’un obstacle bloque la ligne de visée directe, une partie du signal lumineux peut néanmoins parvenir au récepteur. Cette caractéristique rend la lumière UVC particulièrement adaptée à l’étude des communications dites « hors ligne de vue ». Les chercheurs souhaitent désormais déterminer dans quelle mesure les DEL ultraviolet lointain peuvent tirer parti de cet effet. Ils envisagent également d’optimiser davantage les équipements d’émission et de réception afin d’atteindre des distances de transmission plus importantes et d’intérêt pratique, tout en étudiant l’influence des conditions environnementales sur la propagation du signal. « Atteindre un débit de transmission ayant un véritable intérêt pratique constitue une première étape importante », précise Ruschel. « Nous souhaitons désormais identifier les distances de transmission et les conditions environnementales réelles dans lesquelles les communications ultraviolet lointain peuvent être exploitées, et en particulier étudier l’ampleur de leur efficacité lorsqu’il n’existe pas de visibilité directe. »

Intérêt de la recherche

En regardant l’ensemble du texte, ce qui mérite d’être souligné n’est pas seulement le débit de 1,5 Gbit/s, mais plutôt le potentiel d’application des DEL ultraviolet lointain dans le domaine des communications optiques sans fil à courte longueur d’onde.

Deux points particulièrement importants à retenir :

• Le débit de 1,5 Gbit/s correspond à des essais réalisés dans des conditions de visibilité directe sur 30 cm ; il ne reflète pas encore la possibilité de communiquer à longue distance en extérieur. L’application concrète devra encore faire l’objet de validations concernant la distance de transmission, les pertes de liaison, la sensibilité du récepteur, le taux d’erreur et l’adaptabilité aux conditions environnementales.

• Les communications hors ligne de vue relèvent actuellement de la recherche future, et non des résultats déjà confirmés dans cet article. La forte diffusion de Rayleigh à courte longueur d’onde peut aider le signal à contourner les obstacles liés à la ligne de visée directe, mais cette diffusion entraîne également des pertes d’énergie ; les effets concrets doivent être vérifiés expérimentalement. En outre, la sécurité biologique de la lumière ultraviolette lointain doit être évaluée en tenant compte de la longueur d’onde, de l’intensité du rayonnement, de la durée d’exposition et des normes de sécurité applicables ; on ne saurait conclure que toutes les conditions d’utilisation sont sûres simplement sur la base d’une faible profondeur de pénétration.

Du point de vue de l’industrie des DEL ultraviolet, l’importance clé de cette recherche réside dans le fait de renforcer la capacité de modulation à haute vitesse des DEL ultraviolet lointain grâce à l’optimisation de la structure des dispositifs, et d’explorer de nouvelles pistes d’application de la lumière UVC dans les communications optiques sans fil. Cette recherche fournit des bases expérimentales pour étendre l’utilisation des DEL ultraviolet lointain, jusque‑là principalement réservée à des applications telles que la désinfection, aux communications optiques à haut débit, mais plusieurs défis techniques restent à relever avant de pouvoir aboutir à des produits commerciaux matures.

Source : csa-uv