Прорыв! Ультрафиолетовый светодиод дальнего спектра достиг рекордной скорости передачи данных — 1,5 Гбит/с.

Исследователи из Института Фердинанда Брауна — Института высокочастотных технологий имени Лейбница (FBH) в Берлине, а также из Института фотоники Университета Стратклайда и Центра исследований LiFi Кембриджского университета с помощью новых светодиодов дальнего ультрафиолетового диапазона (far-UVC) достигли скорости передачи данных до 1,5 Гбит/с. Эти устройства, разработанные FBH, установили новый рекорд скорости в области беспроводной оптической связи на длинах волн ниже 235 нм.

Технология дальнего ультрафиолетового излучения обладает уникальными преимуществами для наружной связи: в этом спектральном диапазоне солнечный свет практически не создает фоновый сигнал. Поэтому данная технология способна обеспечить надежные оптические каналы связи на открытом воздухе и служить дополнением к радиочастотным системам там, где последние уже достигают пределов своих возможностей. Автономные автомобили, беспилотные летательные аппараты, подключённые промышленные машины, роботы и системы гражданской обороны зависят от надёжных беспроводных соединений. При этом всё больше систем конкурируют за ограниченные частотные ресурсы.

Беспроводная оптическая связь может эффективно дополнять радиочастотные технологии. Однако системы, использующие видимый или инфракрасный свет, сталкиваются с серьёзной проблемой на открытой местности: Солнце тоже излучает в этих диапазонах. Солнечный фоновый сигнал может мешать оптическому сигналу, затрудняя надёжную передачу данных. Поэтому такие системы часто требуют точного наведения лазерного луча.

UVC‑связь не подвержена помехам от солнечного фона

В диапазоне длин волн ниже 280 нм почти весь солнечный излучение поглощается верхними слоями атмосферы, и на поверхность Земли достигает лишь незначительная его часть. Поэтому беспроводная оптическая связь, работающая в UVC‑диапазоне, практически не страдает от солнечного фонового сигнала. В данном эксперименте исследователи использовали излучение дальнего ультрафиолета с длиной волны ниже 235 нм. Это излучение сильно поглощается внешними неживыми тканями кожи и, по сравнению с более длинноволновым ультрафиолетом, проникает гораздо меньше в живые ткани. Поэтому такой ультрафиолет считается безопасным для здоровья человека и подходит для применений, где требуется работа в непосредственной близости от людей.

Оптимизация светодиодов дальнего ультрафиолета для достижения практического потенциала скоростей передачи данных

Доктор Ян Рушель, старший научный сотрудник FBH, отметил: «Мы специально оптимизировали светодиоды для применения в оптической связи в этом спектральном диапазоне. Их световая мощность находится на высоком уровне по международным стандартам, а также они обеспечивают особенно быструю модуляцию. Это делает их идеальными для оптического обмена данными как внутри помещений, так и на открытом воздухе». Для этого команда FBH разделила светящуюся поверхность светодиода дальнего ультрафиолета на множество небольших участков. Такая конструкция снижает ёмкость переходного контакта и повышает плотность тока. В результате эти светодиоды обеспечивают большую ширину полосы модуляции по сравнению с традиционными устройствами с более крупной светящейся площадью.

Светодиод дальнего ультрафиолета с линзой и отражателем

Исследователи из Университета Стратклайда и Кембриджского университета использовали эти светодиоды для создания и тестирования системы беспроводной оптической связи. При прямой видимости между передатчиком и приёмником система достигла скорости передачи данных до 1,5 Гбит/с на расстоянии 30 см. Эти измерения, проведённые при комнатном освещении, установили новый рекорд скорости передачи данных для оптической связи на коротких волнах.

Работа была выполнена в рамках проекта TITAN Национального центра телекоммуникационных исследований Великобритании. Проект возглавляет Кембриджский университет и финансируется Советом по инженерным и естественным наукам Великобритании (EPSRC). Недавно исследователи представили полученные результаты на Международном симпозиуме по системам связи, сетям и цифровой обработке сигналов. (DOI статьи: 10.1109/CSNDSP68462.2026.11654373)

Следующий шаг: реализация связи на больших расстояниях без прямой видимости

Технология дальнего ультрафиолета может иметь ещё одно преимущество. Молекулы в воздухе рассеивают свет; это явление, известное как рассеяние Рэлея, усиливается при укорочении длины волны. Поэтому даже если передатчик и приёмник не находятся в прямой видимости или между ними есть препятствия, часть оптического сигнала всё равно может достичь приёмника. Эта особенность делает UVC‑свет особенно подходящим для изучения так называемой связи вне прямой видимости. Сейчас исследователи намерены выяснить, насколько эффективно светодиоды дальнего ультрафиолета могут использовать этот эффект. Они также планируют дополнительно оптимизировать передатчики и приёмники, чтобы добиться более дальних, практически применимых расстояний передачи, а также изучить влияние атмосферных условий на распространение сигнала. По словам Рушеля: «Достижение скоростей передачи данных, имеющих практическое значение, — важный первый шаг. Далее мы хотим определить реальные расстояния и условия, в которых UVC‑связь может быть использована, особенно оценить, насколько эффективно эта технология работает при отсутствии прямой видимости».

Значение исследования

В контексте всего текста важно отметить не только скорость 1,5 Гбит/с, но и потенциал применения светодиодов дальнего ультрафиолета в беспроводной оптической связи на коротких волнах.

Необходимо обратить внимание на два ключевых момента:

• 1,5 Гбит/с — это результат эксперимента при видимости 30 см; это не означает, что уже реализована дальняя наружная связь. Для практического применения необходимо проверить дальность передачи, потери на линии, чувствительность приёмника, уровень ошибок и адаптацию к окружающей среде.

• Связь вне прямой видимости пока относится к направлениям дальнейших исследований, а не является подтверждённым результатом данной статьи. Сильное рассеяние Рэлея на коротких волнах может помочь сигналу обойти ограничения прямой видимости, однако такое рассеяние также ведёт к потерям энергии; реальный эффект нужно подтверждать экспериментально. Кроме того, биологическая безопасность ультрафиолетового излучения дальнего диапазона должна оцениваться с учётом длины волны, интенсивности облучения, времени воздействия и соответствующих норм безопасности; нельзя считать все условия использования безопасными лишь на основании небольшой глубины проникновения.

С точки зрения отрасли производства ультрафиолетовых светодиодов ключевое значение этой работы заключается в следующем: путём оптимизации конструкции устройств повысить способность светодиодов дальнего ультрафиолета к высокоскоростной модуляции и исследовать новые направления применения UVC в беспроводной оптической связи. Это предоставило экспериментальные основания для расширения сферы применения светодиодов дальнего ультрафиолета — от традиционных задач дезинфекции до высокоскоростной оптической связи, хотя до полноценных коммерческих продуктов остаётся несколько инженерных задач.

Источник: csa-uv