画期的！遠紫外線LEDが1.5 Gbit/sという記録的なデータ伝送速度を実現

ドイツ・ベルリンのフェルディナント・ブラウン研究所―ライプニッツ高周波技術研究所（FBH）と、英国・ストラスクライド大学フォトニクス研究所およびケンブリッジ大学LiFi研究開発センターの研究者らは、新型の遠紫外線（far-UVC）発光ダイオード（LED）を用いて、最大1.5Gbit/sのデータ伝送速度を実現しました。これらのデバイスはFBHによって開発され、波長235nm未満の無線光通信分野で新たな速度記録を樹立しました。

遠紫外線技術は屋外通信において独自の優位性を有します。このスペクトル領域では、太陽光による背景信号がほとんど生じません。そのため、本技術は信頼性の高い屋外光通信リンクの実現に有望であり、無線周波数通信が性能限界に達した場面での補完的役割も果たすことができます。自動運転車、ドローン、コネクテッド産業機械、ロボット、さらには民間防衛用途など、多くのシステムが信頼性の高い無線データ接続に依存しています。一方で、限られた周波数資源を巡る競合もますます激化しています。

無線光通信は、無線周波数通信技術を効果的に補完できます。しかし、可視光や赤外光を用いるシステムは、屋外環境において重大な課題に直面します。太陽もまた、これらの波長帯の放射を放出するためです。太陽からの背景放射が光信号を妨害し、信頼性の高いデータ伝送を困難にするおそれがあります。そのため、こうしたシステムでは、レーザービームの精密な指向が必要となる場合が多いのです。

UVC通信は太陽背景放射の影響を受けない

波長280nm未満の領域では、大気上層で太陽放射が吸収されるため、地表に到達する太陽放射はほとんどありません。そのため、UVC光を用いた無線光通信は、太陽背景信号の干渉をほぼ受けません。今回の実験では、研究者らは波長235nm未満の遠紫外線を使用しました。この波長域の放射は、皮膚の表層にある不活性組織により強く吸収され、より長い波長の紫外線に比べて生体組織内部への透過深度がはるかに浅いことが特徴です。そのため、このような紫外線は人体への安全性の面で優位性を持ち、人体近くでの作業が求められる用途にも適していると考えられます。

遠紫外LEDを最適化し、実用的な可能性を持つデータ伝送速度を実現

FBHの上級科学者であるヤン・ルシェル博士は次のように述べています。「私たちは、このスペクトル領域における光通信用途に特化したLEDの最適化を行いました。これらのデバイスは、国際的な類似研究の中でも高い光出力レベルを示しており、特に高速な変調が可能です。これにより、屋内外での光学的データ交換に非常に適しています。」そのためにFBHチームは、遠紫外LEDの発光面を多数の小さな領域に分割しました。この設計により接合部の静電容量を低減し、電流密度を向上させることができます。その結果、発光面積が大きい従来型デバイスに比べて、より高い変調帯域幅を実現できるようになりました。

レンズとリフレクタを備えた遠紫外LED

ストラスクライド大学とケンブリッジ大学の研究者らは、これらのLEDを用いて無線光通信システムを構築し、試験を行いました。送信側と受信側が直接視認可能な条件下で、30cmの伝送距離において最大1.5Gbit/sのデータ伝送速度を達成しました。室内環境の照明下で行われたこれらの測定は、短波長光通信におけるデータ伝送速度の新記録となりました。

本研究は、英国国立通信研究センターのプロジェクトTITANの一環として実施されました。同プロジェクトはケンブリッジ大学が主導し、英国工学・自然科学研究評議会（EPSRC）から資金援助を受けています。最近、研究者らは国際通信システム・ネットワーク・デジタル信号処理に関するシンポジウムで研究成果を発表しました。（論文DOI：10.1109/CSNDSP68462.2026.11654373）

次のステップ：より長距離の非視距通信の実現

遠紫外線技術には、もう一つの利点も期待されています。空気中の分子が光を散乱させる現象、すなわちレイリー散乱は、波長が短くなるほど強くなります。そのため、送信側と受信側が直接視認できない場合や、障害物が両者の間の直視経路を遮っている場合であっても、一部の光信号が受信側に到達する可能性があります。この特性により、UVC光はいわゆる非視距通信の研究に特に適しています。研究者らは現在、遠紫外LEDがこの特性をどの程度活用できるのかを明らかにしたいと考えています。さらに、送信側と受信側の装置を一層最適化し、実用的な応用価値のあるより長い伝送距離の実現を目指すとともに、大気環境条件が信号伝播経路に与える影響についても検討を進めています。ルシェル氏は次のように述べています。「実用的な意味を持つデータ伝送速度の実現は、重要な第一歩です。今後は、遠紫外通信が実際にどの程度の伝送距離と環境条件下で利用可能なのかを確認し、特に直接視認できない状況下でこの通信技術がどれほどの役割を果たせるのかを調べたいと考えています。」

研究の意義

本文全体を通じて注目すべきは、1.5Gbit/sという速度そのものだけではなく、短波長の無線光通信における遠紫外LEDの潜在的な応用価値です。

特に留意すべき二点：

• 1.5Gbit/sは30cmの視距条件下での実験結果であり、すでに長距離の屋外通信が実現されていることを示すものではありません。実際の応用には、伝送距離、リンク損失、受信感度、誤り率、環境適応性などの検証が必要です。

• 非視距通信は現時点では、本稿で検証済みの成果ではなく、今後の研究課題です。短波長における強いレイリー散乱は、直視経路の制約を回避する助けになる可能性がありますが、同時にエネルギー損失も招くため、実際の効果は実験によって確認する必要があります。さらに、遠紫外光の生物的安全性については、波長、照射強度、曝露時間、適用される安全基準を総合的に評価しなければならず、単に透過深度が浅いからといってすべての使用条件が安全だと断定することはできません。

紫外LED産業の観点から見ると、本研究の重要な意義は、デバイス構造の最適化により遠紫外LEDの高速変調能力を向上させ、UVCを用いた無線光通信における新たな応用方向を探ることにあります。これは、従来の殺菌用途などから高速光通信へと遠紫外LEDの適用範囲を拡大するための実験的根拠を提供するものですが、成熟した商用通信製品へと至るまでにはなおいくつかの技術的課題を解決する必要があります。

出典：csa-uv