可见光通信关键器件及通信芯片研究
发布时间：2021-07-03 12:28
可见光通信技术是一种以可见光为传输媒质的新兴通信技术,和无线通信频谱资源趋于枯竭的情况不同,可见光波段频谱资源丰富,包含数百太赫兹尚未有效利用的空白频谱。可见光通信具有带宽高、抗干扰性强、保密性好、无电磁辐射等优点,是一种面向未来的绿色通信技术,受到了国内外通信研究者的广泛重视,是通信领域关注的重要研究方向。发光二极管的迅猛发展与普及,为可见光通信的发展提供了有力支撑。但是,目前的商用发光二极管主要以照明为设计目的,调制带宽有限,不能很好地适用于高速及超高速的可见光通信系统。此外,电子集成芯片已经接近经典尺度的极限,进一步缩小特征尺寸、提高芯片集成度变得极为困难。光子集成芯片以高速率、低功耗的独特优势,成为了后摩尔时代新的发展趋势。本论文基于硅衬底氮化镓晶圆,围绕面向自由空间的可见光通信和面向芯片内通信的光子集成两个方面,一共探索了七种不同结构和功能的发光二极管器件及可见光通信芯片。首先探索了面向自由空间可见光通信的发光二极管,主要包括三种器件:一是悬空薄膜双发射发光二极管。该器件包含两个光发射端,通过深硅刻蚀技术剥离器件底部的硅衬底,消除了硅衬底对出射光的吸收,利用氮化物背后减薄技术...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
频谱资源示意图
南京邮电大学博士研究生学位论文第一章绪论3技术得到了蓬勃的发展，超高速传输系统、超大容量波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）系统、光联网技术等已经成为可见光通信领域新的研究热点。图1.2光电话原理示意图1.1.2可见光通信研究现状可见光通信技术作为一项宽带、节能、便捷、安全的新型绿色信息技术，对于传统通信产业的升级、新兴通信产业的催生、通信商业模式的变革以及通信服务行业的繁荣起到了强大的推动作用，是一个具有万亿产值的战略型新兴产业。日本神奈川庆应义塾大学的Y.Tanaka和S.Haruyama等研究者早在2000年就提出了将用于照明的白色发光二极管作为室内的无线光通信链路，通过数值分析和模拟仿真验证了白色发光二极管在照明的同时，兼顾通信功能的可行性，并指出了可能的改进方向[5]。次年，该团队又研究了室内多个光源之间光程差对可见光通信的影响，分别采用二进制启闭键控-归零（On-OffKeying-ReturntoZero，OOK-RZ）调制和正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技术进行了尝试，获得了最高400Mbps的通信速率[6]。2002年，K.Fan、T.Komine和Y.Tanaka等研究者率先研究了可见光通信系统中由于反射所产生的多径效应造成的通信性能下降，分析了可见光通信系统在多径反射影响下的性能特点，并提出了减少多径光信号干扰，以及并行传输等能够提升通信速率的方法[7]。2003年，T.Komine和M.Nakagawa等研究者提出了一种利用现有电力线实现可见光通信的新型布线系统，并通过实验验证了系统的可见光通信可行性[8]。同年，由日本庆应义塾大学发起并成立了可见光通信联盟（VLCC），其成员包括NEC、卡西欧、索尼、东芝和东京电力等来自照明系统设计、器件制造和通信等领域的企业和科研机构，目标
低场?1.1.3可见光通信系统组成完整的可见光通信系统包含可见光信号发射模块、可见光通信信道和可见光信号接收模块。首先，对原始二进制输入信号进行预处理及编码调制；然后，将处理过的信号加载到作为信号发射器的发光二极管上，对发光二极管进行明暗调制或者是开关调制，通过发光二极管的电-光转换形成光信号并发射出去；接着，作为信息载体的可见光信号经由通信信道进行传输，到达光信号接收模块，通过光探测器的光-电转换还原成电信号；最后，采用解码、解调和后均衡技术实现原始输入信号的恢复。可见光通信系统示意图如图1.3所示。图1.3可见光通信系统示意图（1）可见光信号发射模块原始二进制输入信号经过预处理（预均衡）及编码调制后，通过电-光转换对发光二极管进行明暗或开关调制，对信号进行预处理，可以补偿器件、信道引起的信号失真，也可以提高发光二极管的响应带宽，提升传输速率[48,49]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Transmission capacity maximization for LED array-assisted multiuser VLC systems[J]. KONG Lei,SHEN Hong,XU Wei,ZHANG Hua,ZHAO ChunMing,YOU XiaoHu. Science China（Information Sciences）. 2015(08)
[2]Indoor gigabit 2×2 imaging multiple-input–multiple-output visible light communication[J]. 王源泉,迟楠. Chinese Optics Letters. 2014(10)
[3]基于RGB-LED的高速双向可见光传输系统（英文）[J]. 王源泉,迟楠. 中国通信. 2014(03)
博士论文
[1]GaN基Ⅲ族氮化物外延生长及相关器件的研究[D]. 张恒.山东大学 2017
[2]AIGaN基紫外LED关键制备技术的研究[D]. 王书昶.东南大学 2015
[3]AlxGa1-xN和AlN/GaN材料的MOCVD生长与器件研究[D]. 陈一仁.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
本文编号：3262581
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
频谱资源示意图
南京邮电大学博士研究生学位论文第一章绪论3技术得到了蓬勃的发展，超高速传输系统、超大容量波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）系统、光联网技术等已经成为可见光通信领域新的研究热点。图1.2光电话原理示意图1.1.2可见光通信研究现状可见光通信技术作为一项宽带、节能、便捷、安全的新型绿色信息技术，对于传统通信产业的升级、新兴通信产业的催生、通信商业模式的变革以及通信服务行业的繁荣起到了强大的推动作用，是一个具有万亿产值的战略型新兴产业。日本神奈川庆应义塾大学的Y.Tanaka和S.Haruyama等研究者早在2000年就提出了将用于照明的白色发光二极管作为室内的无线光通信链路，通过数值分析和模拟仿真验证了白色发光二极管在照明的同时，兼顾通信功能的可行性，并指出了可能的改进方向[5]。次年，该团队又研究了室内多个光源之间光程差对可见光通信的影响，分别采用二进制启闭键控-归零（On-OffKeying-ReturntoZero，OOK-RZ）调制和正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）技术进行了尝试，获得了最高400Mbps的通信速率[6]。2002年，K.Fan、T.Komine和Y.Tanaka等研究者率先研究了可见光通信系统中由于反射所产生的多径效应造成的通信性能下降，分析了可见光通信系统在多径反射影响下的性能特点，并提出了减少多径光信号干扰，以及并行传输等能够提升通信速率的方法[7]。2003年，T.Komine和M.Nakagawa等研究者提出了一种利用现有电力线实现可见光通信的新型布线系统，并通过实验验证了系统的可见光通信可行性[8]。同年，由日本庆应义塾大学发起并成立了可见光通信联盟（VLCC），其成员包括NEC、卡西欧、索尼、东芝和东京电力等来自照明系统设计、器件制造和通信等领域的企业和科研机构，目标
低场?1.1.3可见光通信系统组成完整的可见光通信系统包含可见光信号发射模块、可见光通信信道和可见光信号接收模块。首先，对原始二进制输入信号进行预处理及编码调制；然后，将处理过的信号加载到作为信号发射器的发光二极管上，对发光二极管进行明暗调制或者是开关调制，通过发光二极管的电-光转换形成光信号并发射出去；接着，作为信息载体的可见光信号经由通信信道进行传输，到达光信号接收模块，通过光探测器的光-电转换还原成电信号；最后，采用解码、解调和后均衡技术实现原始输入信号的恢复。可见光通信系统示意图如图1.3所示。图1.3可见光通信系统示意图（1）可见光信号发射模块原始二进制输入信号经过预处理（预均衡）及编码调制后，通过电-光转换对发光二极管进行明暗或开关调制，对信号进行预处理，可以补偿器件、信道引起的信号失真，也可以提高发光二极管的响应带宽，提升传输速率[48,49]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Transmission capacity maximization for LED array-assisted multiuser VLC systems[J]. KONG Lei,SHEN Hong,XU Wei,ZHANG Hua,ZHAO ChunMing,YOU XiaoHu. Science China（Information Sciences）. 2015(08)
[2]Indoor gigabit 2×2 imaging multiple-input–multiple-output visible light communication[J]. 王源泉,迟楠. Chinese Optics Letters. 2014(10)
[3]基于RGB-LED的高速双向可见光传输系统（英文）[J]. 王源泉,迟楠. 中国通信. 2014(03)
博士论文
[1]GaN基Ⅲ族氮化物外延生长及相关器件的研究[D]. 张恒.山东大学 2017
[2]AIGaN基紫外LED关键制备技术的研究[D]. 王书昶.东南大学 2015
[3]AlxGa1-xN和AlN/GaN材料的MOCVD生长与器件研究[D]. 陈一仁.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
本文编号：3262581
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