今日的高速有線通訊網(wǎng)絡(luò)使用雷射傳送資訊到光纖，但是無線網(wǎng)路目前使用無線電或微波通訊。
現(xiàn)代科技可能實現(xiàn)透過光線進行無線通訊，例如目前已有利用LED燈可見光進行網(wǎng)路資訊傳輸?shù)膶嵗?。Facebook Connectivity Lab研究人員展示了概念性的成果，偵測大氣中的光通訊訊號。
臉書團隊在投稿光電領(lǐng)域國際重要期刊Optica時，形容這項新科技能夠為未來快速的光學通訊網(wǎng)路奠基，傳送網(wǎng)路服務(wù)到偏遠地帶。
臉書的實驗室發(fā)展的科技目的在于為目前無法取得網(wǎng)路的全球約40億人提供經(jīng)濟實惠的網(wǎng)路服務(wù)。研究團隊主持人Tobias Tiecke表示：“有很高比例的人口目前仍無法享受到網(wǎng)路的方便，主要是因為無線通訊的基礎(chǔ)設(shè)施無法觸及，這些地區(qū)大多為世界各地的偏遠地帶?！蔽覀冋诎l(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)路給光纖以及行動通信基地臺難以觸及的地區(qū)，是一種經(jīng)濟上較為實惠的方法。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，但是有一個主要的挑戰(zhàn)，那就是如何確切地將一個非常小的傳輸用雷射光指向一個距離遙遠、同樣很微小的光感測器。
在新的研究中，臉書研究人員提出了一個解決辦法，他們不使用傳統(tǒng)的光纖而是使用熒光材料來聚光并且將光線收聚于小型光感測器。搭配使用這個面積126平方公分的集光器表面，收集來自所有方向的光線，同時使用現(xiàn)有的電信技術(shù)達成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自四面八方，其所發(fā)射的光通過光纖，將光收聚成非常小的單位并快速通過光感測器。”
高速通訊對高速感測器的需求
高速的自由空間光通訊網(wǎng)絡(luò)需使用高速的光感測器來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于接收光線或雷射光是較顯目的標的，但是體積越大偵測速度也就越慢。
要追蹤光感測器的位置可以使用一系列的光學以及機制，并發(fā)出指令讓光感測器瞄準雷射光，但是這些方法讓整個流程顯得有些復(fù)雜。新的光感測器使用含有有機染料例子的塑膠光纖吸收藍光并發(fā)出綠光。這樣的設(shè)定成功取代了過去用來導(dǎo)引光線到收集區(qū)域的傳統(tǒng)光學和動作平臺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具有讓更大亮度進到系統(tǒng)的優(yōu)勢。這個方法一直用于太陽能的集光器，不過太陽能集光器的光色傳輸速度不是重點。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，同時保持高速傳輸?shù)膬?yōu)勢?！?/p>
以光通訊應(yīng)用而言，從藍光被吸收到轉(zhuǎn)換成綠光所需的時間不到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訊能夠同時傳輸。盡管普遍用于有線、無線通訊，但很少用于雷射通訊。
“我們能夠使用本來并非用于資訊傳輸?shù)牟牧?，還達成如此大量的資訊傳輸。團隊希望能夠拋磚引玉吸引更多人對發(fā)展這些材料的興趣，為通訊量身訂做適合的材料?！?/p>
若研發(fā)出來的材料是對應(yīng)到紅外線波長，則人眼就看不到這些光線，但是紅外線速度能夠比藍、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10Gbps。
收集來自四面八方的光線
在國際知名期刊Optica中，研究人員展示了燈泡形狀的光感測器。這個光感測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，也就代表能夠讓四處移動的行動裝置也能夠偵測到訊息。
研究人員也展示了幾何形能夠收集到的光線高達126平方公分，讓其對排列的敏感度較低。我們的感測器收集到相同的能量，同時也獨立發(fā)送同等能量的訊號。研究團隊也正在計劃將技術(shù)制作成一個初期圓形，能夠進行實測。Tiecke表示:“我們正在研究商用化產(chǎn)品的可能性，這是一個非常新的系統(tǒng)，且未來還有很多發(fā)展空間?！?/p>
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
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