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【ICU對(duì)講系統(tǒng)廠家】可見(jiàn)光通信—傳輸介質(zhì)為空氣

2023-10-21 09:14

        科學(xué)上沒(méi)有平坦的大道,真理的長(zhǎng)河中有無(wú)數(shù)礁石險(xiǎn)灘。只有不畏攀登的采藥者,只有不怕巨浪的弄潮兒,才能登上高峰采得仙草,深入水流覓得驪珠。—華羅庚

        白光發(fā)光二極管(LED)是第四代節(jié)能環(huán)保照明產(chǎn)品,因?yàn)樗褂脡勖L(zhǎng)、尺寸小、易驅(qū)動(dòng)、效率高。白光LED的響應(yīng)靈敏度非常高,具有良好的調(diào)制特性,它在照明的同時(shí),可作為無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)。將室內(nèi)的通信基站與白光LED照明設(shè)備結(jié)合到一起,并將其接入其他通信網(wǎng)絡(luò),這就是可見(jiàn)光通信。

         在無(wú)線光通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化方面,已經(jīng)提出了許多版本的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議,點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議有VLCC/IEEE802.15.7(可見(jiàn)光)、IrDA/IEEE802.15.3(紅外光);點(diǎn)到多點(diǎn)協(xié)議有IEEE812.15.7/OWMAC(可見(jiàn)光)、OWMAC(紅外光)。光無(wú)線媒體接入控制(OWMAC)協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)速率為128~1024Mbit/s,是半雙工或者全雙工通信,比如,可見(jiàn)光(如波長(zhǎng)450nm)系統(tǒng),數(shù)據(jù)速率采用100Mbit/s,覆蓋范圍12m2;紅外光(如波長(zhǎng)850nm)系統(tǒng),數(shù)據(jù)速率采用300Mbit/s,覆蓋范圍30m2。在可見(jiàn)光通信標(biāo)準(zhǔn)方面,有一個(gè)可見(jiàn)光通信協(xié)會(huì)(VLCC),它是一個(gè)使用LED提供可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的日本標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟。

       日前,中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)工作組聯(lián)合發(fā)布了可見(jiàn)光通信標(biāo)準(zhǔn)化白皮書,其中對(duì)國(guó)內(nèi)可見(jiàn)光通信產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析,并就可見(jiàn)光通信技術(shù)、應(yīng)用、芯片、標(biāo)準(zhǔn)化等方面提出了針對(duì)性的建議。

一、白光LED發(fā)光原理 1.LED工作原理

       從6.1.3節(jié)可知,發(fā)光二極管(LED)是通過(guò)電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí),發(fā)出頻譜寬度在幾百納米以下的光,如圖12.4.1所示??梢?jiàn)光光譜的波長(zhǎng)范圍為380~760nm,人眼感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫,各自都是一種單色光。白光是由多種單色光合成的復(fù)合光,早在1666年,就被英國(guó)物理學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)3.3.2節(jié))。

圖12.4.1 LED的發(fā)光機(jī)理及分類

a)LED——光的自發(fā)輻射b)面發(fā)射LEDc)邊發(fā)射LED

       LED有面發(fā)光型和邊發(fā)光型兩類。面發(fā)光LED的出光面與PN結(jié)平面平行,如圖12.4.1b所示。邊發(fā)光LED與普通的LD相同,從PN結(jié)的一個(gè)端面(與結(jié)平面垂直)出光,如圖12.4.1c所示。

        發(fā)光二極管的材料主要是III-V族化合物半導(dǎo)體,如GaP、GaAs、GaN等,半導(dǎo)體材料往往折射率較高(如GaAs,n=3.6),故在材料與空氣的界面易發(fā)生全反射,使光不能完全輻射出去,如圖12.4.2a所示。為了提高面發(fā)光LED的耦合效率,通常將LED芯片封裝在塑料半透鏡的中心,如圖12.4.2b和圖12.4.2c所示。透明塑料的折射率為1.5,光輸出是圖12.4.2a的4倍,而且造價(jià)也低,因而被大量使用。

圖12.4.2  面發(fā)光LED的結(jié)構(gòu)[6]

a)面發(fā)射LED發(fā)散角大,部分光出現(xiàn)全反射b)加微透鏡聚光LEDc)半球形塑料封裝LED

2.白光是如何實(shí)現(xiàn)的

       白光LED實(shí)際上是藍(lán)光和黃光的混合光,因?yàn)辄S色是紅色和綠色的混合色,所以將藍(lán)色和黃色混合,相當(dāng)于將紅色、綠色和藍(lán)色三色混合,當(dāng)然會(huì)顯示白色。白光LED的出現(xiàn),主要?dú)w功于氮化鎵銦(GaInN)高亮度藍(lán)光LED的研制成功。一種典型的白光LED結(jié)構(gòu)如圖12.4.3a所示,它是將磷光體半球體覆蓋GaInN芯片,該芯片在加上電壓后發(fā)出藍(lán)光,部分藍(lán)光激發(fā)Y3Al5O12:Ce3+磷光體中的發(fā)光中心Ce3+,發(fā)出黃光,然后藍(lán)光和黃光混合就變成了肉眼看到的白光,其光譜圖如圖12.4.3b所示。由此可見(jiàn),這種白光LED綜合采用了電致發(fā)光和光致發(fā)光的原理。電致發(fā)光是一種直接把電能轉(zhuǎn)換成光能的物理現(xiàn)象。光致發(fā)光是在磷光體中,發(fā)光中心(催化劑)首先被高頻光激發(fā),高能量光子首先被吸收,然后以低能量光子發(fā)射的一種發(fā)光現(xiàn)象。彩色陰極射線管(CRT)顯示器和等離子體(PDP)平板顯示器就是光致發(fā)光的例子。

圖12.4.3白光LED的結(jié)構(gòu)和光譜形成的過(guò)程

a)典型白光LED結(jié)構(gòu)b)白光LED光譜的形成

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