【摘 要】
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在5G通信大量商用的今天,无线频谱的分配使用已经十分拥挤,研究频谱资源丰富的可见光波段是解决目前频谱资源匮乏的有效方法,该波段无需授权就可以使用,因此可见光通信技术自问世起就受到了广泛关注。它是一项安全、快速、无电磁干扰和面向未来的绿色通信技术,目前针对可见光通信的研究很多集中在如何提升通信传输速率方面,而缺乏可见光通信技术的应用研究;并且通信系统使用的光源基本上为市售用于照明的发光二极管（Lig
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在5G通信大量商用的今天,无线频谱的分配使用已经十分拥挤,研究频谱资源丰富的可见光波段是解决目前频谱资源匮乏的有效方法,该波段无需授权就可以使用,因此可见光通信技术自问世起就受到了广泛关注。它是一项安全、快速、无电磁干扰和面向未来的绿色通信技术,目前针对可见光通信的研究很多集中在如何提升通信传输速率方面,而缺乏可见光通信技术的应用研究;并且通信系统使用的光源基本上为市售用于照明的发光二极管（Light Emitting Diode,LED）,调制带宽较低,使得整个通信系统的速率被限制,应用场景十分有限。本文针对可见光通信技术的具体应用场景以及系统光源的优化做了如下工作:1.提出了一套基于可见光与电力线通信的双向通信系统技术方案,应用于室内以太网信号传输。整个系统将可见光通信系统作为下行通信,承担主要的信息传输任务,上行通信则采用电力线载波通信完成传输速率要求较小的控制信号传输。通信系统设计主要从下行可见光通信链路入手,通过对发送端、接收端以及通信信道的建模分析,采用了强度调制直接检测方式接收光信号,整个可见光通信链路实现了 150Mbps的通信速率,可以满足家庭日常的网速需求。2.提出了一套基于可见光通信的RGB-LED屏幕通信系统技术方案。处于反偏电压状态下的LED对不同波段的可见光会产生不同强度的光电效应,由此LED可以代替传统光电探测器例如雪崩光电二极管（Avalanche Photo Diode,APD）等作为可见光通信传输中的接收器。基于380～830 nm波段的光源模拟器对不同波段的LED进行了相互激发测试,尤其在将中心波长为430nm、520nm和630nm的蓝绿红三色LED作为接收器时,可以有效区分出三种发射端光源组合状态,即反偏电压状态下的红色LED对红光、红光加绿光两种照射组合有较强的不同程度的电流响应;反偏电压状态下的绿光LED对蓝光有较强的电流响应。信号采用MLT-3编码方式降低信号频率以提升传输速率,三状态码对应于三种发射光组合,由接收端进行解码还原信号。3.为了提升可见光通信系统数据传输速率,从光源层面进行了优化分析。通过系列光电实验测试得出半极性（20-21）蓝色μ-LED阵列芯片相比于c晶面LED,色稳定性与调制带宽都更高。本项工作使用的半极性（20-21）蓝色μ-LED阵列芯片自身调制带宽达到655MHz,将其用作发射光源的系统数据传输速率可达到1.2Gbps,表明可见光源对于通信系统速率来说至关重要,本项工作也为可见光源的优化方向提出了一个新的方向与思路。4.为了同时实现全彩显示与可见光通信,在半极性（20-21）蓝色μ-LED阵列芯片的顶部使用红色与绿色钙钛矿量子点（Perovskite Quantum Dots,PQD）作为颜色转换层,制作了具有可见光通信应用潜力的全彩化显示器件。对用于全彩化显示的PQD使用了全无机的SiO2包覆,对比使用配体辅助再沉淀法以及热注入法制作的PQD溶液,样品的寿命展示了出色稳定性。同时在不同电流密度下测试PQD-μ-LED器件的显示性能,展现了器件的宽色域特性,表明我们所做的PQD-μ-LED器件具有巨大的通信与显示潜力。
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