研究人员表明，在水下无线光通信系统中，使用太阳能电池阵列作为探测器可以实现高数据速率。鸣谢:浙江大学徐璟尽管太阳能电池通常是用来将光转化为电能的，但研究人员已经证明，它们也可以用于实现水下无线光通信，并具有高数据速率。这种新方法——使用一系列串联的太阳能电池作为探测器——可以提供一种低成本、低能耗的水下数据传输方式。“为了满足全球海洋保护活动中日益增长的水下数据交换需求，迫切需要高效的水下通信，”来自中国浙江大学的研究小组组长徐璟说。例如，在珊瑚礁保护工作中，需要数据链路将数据从潜水员、载人潜艇、水下传感器和无人自主水下航行器传输到支持其工作的水面船只。
在《光学快报》(Optics Letters)杂志上，徐和他的同事报告了实验室实验，他们使用一组商用太阳能电池创建了一个优化的无透镜系统，用于水下高速光学探测。太阳能电池提供了比传统上用作无线光通信检测器的光电二极管大得多的检测区域。
“据我们所知，我们展示了基于硅太阳能电池板的商用光通信系统有史以来实现的最高带宽，具有较大的检测面积，”徐说。"这种类型的系统甚至可以用一台设备进行数据交换和发电."
优化通信用太阳能电池
与使用无线电波或声波相比，基于光的水下无线通信表现出更高的速度、更低的延迟和需要更少的功率。然而，大多数长距离高速光学系统对于水下实施并不实用，因为它们需要发射光的发射器和检测入射光信号的接收器之间的严格对准。
研究人员在一个模拟水下通道的7米长的水槽中测试了一个由3×3太阳能电池阵列制成的探测器。镜子被用来延长光信号的路径长度。鸣谢:浙江大学徐璟因为太阳能电池可以探测大面积的光并将其转换为电信号，所以将它们用作探测器可以降低水下无线通信系统中发射器-接收器的对准要求。然而，很难实现高带宽，因为太阳能电池是为能量收集而不是通信而优化的。
“到目前为止，使用现成的硅太阳能电池实现高速链接需要复杂的调制方案和算法，这需要使用额外功率的密集计算资源，并产生高处理延迟，”徐说。“通过对连接的太阳能电池进行建模和模拟，我们优化了外围电路，从而显著提高了基于太阳能电池的探测器的性能。”
水下测试
研究人员在一个模拟水下通道的7米长的水箱中测试了新设计，该设计使用3×3太阳能电池阵列来创建3.4 × 3.4厘米的探测区域。镜子被用来延长光信号的路径长度，产生35米的传输距离。该系统稳定可靠，功耗低，性能高。随着太阳能电池阵列的尺寸从1×1增加到3×3，20 dB带宽从4.4 MHz增加到24.2 MHz。
尽管使用了简单的调制方案，但与使用具有大检测面积的商用硅太阳能电池作为检测器的其他研究相比，新系统表现出高得多的检测带宽，从而导致更高的数据速率。施加90 V的反向偏置电压可进一步提升带宽，从而实现63.4 MHz的20 dB带宽。这一带宽使用最简单形式的幅移键控调制实现了35米/150兆比特/秒的水下无线光链路。
“因为太阳能电池是大规模生产的，所以提出的方案是非常划算的，”徐说。“除了水下世界，这种类型的探测器还可以用于可见光通信，这是一种利用led和其他来源的可见光远距离传输数据的无线通信。”
为了优化该系统在水下通信中的实际应用，研究人员计划接下来研究它在弱光信号下的性能。这将显示它在泥水和运动中的表现。他们还致力于通过微调关键参数，如阵列中太阳能电池的数量和所需的反向偏置电压，使该系统更加实用。
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
