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随着5G的大规模商用,全球学术界和工业界纷纷启动下一代移动通信技术(6G)的研究。然而,现有射频频谱资源严重枯竭,无法满足6G超高速、超大容量的频谱需求。这一严峻的挑战促使研究人员关注太赫兹、红外和可见光等更高频段。其中,可见光通信利用400THz至800THz的超宽频谱,具有无需许可、保密性高、环保、无电磁辐射等优点。同时,借助商用LED技术,可见光通信系统可以与照明系统集成。然而,受限于LED器件的电光响应性能,系统实际可用带宽与可见光频段相比非常小。提高可见光通信系统中LED器件的可用带宽成为实现高速可见光通信的重要问题。Micro-LED 具有 GHz 级 -3dB 器件带宽。然而,随着器件尺寸缩小至数十微米,Micro-LED器件的电流密度急剧增加,难以进一步提高。在电流密度的限制下,Micro-LED很难达到瓦级光功率,不适合需要大功率光发射器件的长距离和水下光通信。所以,
本文作者研究了一种基于多色LED的波分复用可见光通信系统。该系统使用具有 3D 结构量子阱的 Si 衬底 GaN 基 LED。在该LED的有源层中,有一个六边形轮廓的三维结构(“V”形凹坑,或V-pit),开口朝向P型GaN层。一般来说,对于GaN基LED来说,为了实现更长的自发发射波长,需要在量子阱中添加更高的铟成分,这导致了严重的GaN和InN晶格失配问题。然而,V 坑结构有助于屏蔽 GaN 基 LED 中因晶格失配引起的位错,从而显着提高长波长(如黄绿波段)GaN基LED的量子阱质量和光学效率。本研究中使用的多色 LED 阵列包含八个不同的 LED 单元。最多可同时使用 8 个独立的 WDM 通道。除660nm和620nm红色LED单元外,570nm-450nm波段的其他6个LED单元均采用南昌大学国家硅衬底LED研究所开发的硅衬底GaN基LED。基于LED阵列,复旦大学团队搭建了通信系统,并编写了系统所需的先进数字信号处理技术程序,包括位功率加载DMT调制/解调程序、DZN数字预均衡器以及基于软件后均衡器的程序。关于循环神经网络。
作者还结合物理模型仿真和等效电路建模解释了V坑的原理。在模型模拟过程中,作者发现 V 型坑极大地增强了其附近的电流密度。大量载流子涌入V坑,然后在量子阱中水平输送到邻近的平坦区域。根据这一现象,在LED等效模型中V坑附近添加了代表量子阱的特殊分支。这种新的电路模型成功地拟合了器件的响应曲线。模型表明,V形凹坑有效降低了器件的串联电阻,增强了器件对高频信号的响应。这意味着V-pit带来了更高的电光转换效率和更大的器件带宽。因此,
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