今日的高速有線通訊網(wǎng)絡(luò)使用雷射傳送資訊到光纖，但是無(wú)線網(wǎng)路目前使用無(wú)線電或微波通訊。
現(xiàn)代科技可能實(shí)現(xiàn)透過(guò)光線進(jìn)行無(wú)線通訊，例如目前已有利用LED燈可見光進(jìn)行網(wǎng)路資訊傳輸?shù)膶?shí)例。Facebook Connectivity Lab研究人員展示了概念性的成果，偵測(cè)大氣中的光通訊訊號(hào)。
臉書團(tuán)隊(duì)在投稿光電領(lǐng)域國(guó)際重要期刊Optica時(shí)，形容這項(xiàng)新科技能夠?yàn)槲磥?lái)快速的光學(xué)通訊網(wǎng)路奠基，傳送網(wǎng)路服務(wù)到偏遠(yuǎn)地帶。
臉書的實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的科技目的在于為目前無(wú)法取得網(wǎng)路的全球約40億人提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的網(wǎng)路服務(wù)。研究團(tuán)隊(duì)主持人Tobias Tiecke表示：“有很高比例的人口目前仍無(wú)法享受到網(wǎng)路的方便，主要是因?yàn)闊o(wú)線通訊的基礎(chǔ)設(shè)施無(wú)法觸及，這些地區(qū)大多為世界各地的偏遠(yuǎn)地帶。”我們正在發(fā)展的通訊技術(shù)用意即在觸及這些住處與世隔絕的居民。
光通訊也叫做自由空間光通信(free-space optical communications)，用不同以往的技術(shù)提供網(wǎng)路給光纖以及行動(dòng)通信基地臺(tái)難以觸及的地區(qū)，是一種經(jīng)濟(jì)上較為實(shí)惠的方法。使用雷射光輸送資訊到太空可能提供非常大的頻寬以及資訊傳輸量，但是有一個(gè)主要的挑戰(zhàn)，那就是如何確切地將一個(gè)非常小的傳輸用雷射光指向一個(gè)距離遙遠(yuǎn)、同樣很微小的光感測(cè)器。
在新的研究中，臉書研究人員提出了一個(gè)解決辦法，他們不使用傳統(tǒng)的光纖而是使用熒光材料來(lái)聚光并且將光線收聚于小型光感測(cè)器。搭配使用這個(gè)面積126平方公分的集光器表面，收集來(lái)自所有方向的光線，同時(shí)使用現(xiàn)有的電信技術(shù)達(dá)成2Gbps的資訊傳輸量。
Tiecke表示:“我們用熒光光纖吸收一種顏色的光并發(fā)射出另一種光色。光纖所吸收到的光來(lái)自四面八方，其所發(fā)射的光通過(guò)光纖，將光收聚成非常小的單位并快速通過(guò)光感測(cè)器。”
高速通訊對(duì)高速感測(cè)器的需求
高速的自由空間光通訊網(wǎng)絡(luò)需使用高速的光感測(cè)器來(lái)接收雷射光以輸送訊息。但是傳輸速度必須要平衡且符合尺寸；盡管較大的接收器對(duì)于接收光線或雷射光是較顯目的標(biāo)的，但是體積越大偵測(cè)速度也就越慢。
要追蹤光感測(cè)器的位置可以使用一系列的光學(xué)以及機(jī)制，并發(fā)出指令讓光感測(cè)器瞄準(zhǔn)雷射光，但是這些方法讓整個(gè)流程顯得有些復(fù)雜。新的光感測(cè)器使用含有有機(jī)染料例子的塑膠光纖吸收藍(lán)光并發(fā)出綠光。這樣的設(shè)定成功取代了過(guò)去用來(lái)導(dǎo)引光線到收集區(qū)域的傳統(tǒng)光學(xué)和動(dòng)作平臺(tái)Tiecke表示：“熒光光纖能夠發(fā)射與其所吸收不同顏色的特性也同時(shí)具有讓更大亮度進(jìn)到系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。這個(gè)方法一直用于太陽(yáng)能的集光器，不過(guò)太陽(yáng)能集光器的光色傳輸速度不是重點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)相同的概念也能夠應(yīng)用在通訊上，解決導(dǎo)引以及追蹤光線的困難，同時(shí)保持高速傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。”
以光通訊應(yīng)用而言，從藍(lán)光被吸收到轉(zhuǎn)換成綠光所需的時(shí)間不到2奈秒(十億分之二秒)，因此速度上符合需求。除此之外，使用正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，簡(jiǎn)稱OFDM)，盡管頻寬只有100 MHz，研究人員能夠傳輸大于2Gbps的資訊量傳輸量。正交分頻多工是一種數(shù)位調(diào)變技術(shù)，讓多載波傳輸?shù)馁Y訊能夠同時(shí)傳輸。盡管普遍用于有線、無(wú)線通訊，但很少用于雷射通訊。
“我們能夠使用本來(lái)并非用于資訊傳輸?shù)牟牧?，還達(dá)成如此大量的資訊傳輸。團(tuán)隊(duì)希望能夠拋磚引玉吸引更多人對(duì)發(fā)展這些材料的興趣，為通訊量身訂做適合的材料。”
若研發(fā)出來(lái)的材料是對(duì)應(yīng)到紅外線波長(zhǎng)，則人眼就看不到這些光線，但是紅外線速度能夠比藍(lán)、綠光還要快速。新的方法理論上能夠讓自由空間光通訊提升至超過(guò)10Gbps。
收集來(lái)自四面八方的光線
在國(guó)際知名期刊Optica中，研究人員展示了燈泡形狀的光感測(cè)器。這個(gè)光感測(cè)起由一連串的熒光光纖所制成。盡管也可以做成其他形狀，但是燈泡形狀能夠提供非常大的頻寬和全方向的感測(cè)，也就代表能夠讓四處移動(dòng)的行動(dòng)裝置也能夠偵測(cè)到訊息。
研究人員也展示了幾何形能夠收集到的光線高達(dá)126平方公分，讓其對(duì)排列的敏感度較低。我們的感測(cè)器收集到相同的能量，同時(shí)也獨(dú)立發(fā)送同等能量的訊號(hào)。研究團(tuán)隊(duì)也正在計(jì)劃將技術(shù)制作成一個(gè)初期圓形，能夠進(jìn)行實(shí)測(cè)。Tiecke表示:“我們正在研究商用化產(chǎn)品的可能性，這是一個(gè)非常新的系統(tǒng)，且未來(lái)還有很多發(fā)展空間。”
研究原文:
T. Peyronel, K.J. Quirk, S.C. Wang, T.G. Tiecke, "A Luminescent Detector for Free-Space Optical Communication," Optica, 3, 7, 787 (2016). DOI:10.1364/optica.3.000787
