私たちの多くはWi-Fiを毎日使用していますが、彼の「相対的な」Li-Fiを聞いたことがある人はいますか？ 今日、米国海軍は、高周波光パルスの原理に基づいた水中データ伝送技術の開発に資金を提供しています。 また、 Nature Nanotechnologyで発表された研究は、この技術の実現に役立つ可能性があります。 この記事の著者は、光に対して異常に反応する人工材料を作成しました。 この特性のおかげで、高速光データ送信機を作成することが可能です。
Li-Fiの動作原理は、モールス信号に似ています。 LEDの点滅は、論理ユニットとゼロに対応しています。 光レシーバーが受信した光パルスのシーケンスは、デジタル信号に変換されます。 フラッシュの速度は、人間の目では識別できないほどのものであり、速度が速いほど、そのような伝送チャネルのスループットは大きくなります。
言及した人工材料は、LEDフラッシュの頻度を1桁または2桁増やすことができます。 「非常に安価なLEDを使用して、速度を50倍にすることができます」と、カリフォルニア大学の光学技術者で、記事の著者であるZhaowei Liu氏は言います。 また、最初はより高速なLEDを使用し、同様の頻度で周波数を上げることも可能です。
Li-Fiは特定のタスクに使用できます。たとえば、潜水艦の通信品質を向上させるためです。水柱では電波の伝搬が不十分であり、音響データ転送技術ではあまり高速ではありません。 また、Li-Fiは、石油化学企業や、Wi-Fiの使用が機器の干渉につながる航空業界で役立ちます。
有望な技術の応用の別の可能な領域があります。 米国連邦通信委員会は、無線通信に利用できる周波数の範囲が「混雑しすぎ」ていると警告しています。 Li-Fiは現在使用されている周波数の数を減らすことができます。 光スペクトルは無線周波数スペクトルの約10,000倍の幅があり、はるかに多くのデータ伝送チャネルに対応できます。 さらに、可視光は電波に干渉しないため、Wi-FiとLi-Fiを同時に動作させることができます。 ハイブリッドカーと同様に、あるものから別のものに切り替えることもできます。 また、Li-Fiは、外部および内部照明の既存のインフラストラクチャに統合できます。
単一のLEDを介した最高のデータ転送速度は、実験室の条件下で5 cmの距離で毎秒3.5ギガビットです。これは、237 GHz無線チャネルの伝送速度の記録である100ギガビット/秒よりも低いですが、潜在的な可能性がありますさらなる成長のために。
距離が遠く、フィールドでは、Li-Fiを介した転送速度は低くなります。 たとえば、ドイツのハインリッヒヘルツ研究所の専門家は、1〜2 mの距離で500メガビット/秒、20 mを超える距離で100メガビット/秒の速度に達しました。
Liuと同僚は、「双曲線メタマテリアル」をLEDに導入することでスループットを向上させる予定です。 この物質は、シリコンと銀の複数の交互の10 nm層で構成されています。 厚さ305 nmのサンドイッチをガラス基板上に配置し、各層に溝を切り取ります。 次に、層のスタックは、ローダミン色素分子を追加した透明なプラスチックで覆われています。 これらの分子は、光を吸収すると蛍光を発します。 研究者たちはレーザーでそれらを照射し、蛍光中の明るさとフリッカー周波数を測定し、多重成長に注目した。
「この研究は、発明された材料の大きな可能性を示しています」と、アルバータ大学のエンジニアであるズビン・ジェイコブは言いました。 双曲線メタマテリアルには、適用されたパターンのために異常な特性があり、そのサイズは400〜700 nmの範囲の光の長さよりも短くなっています。 そのような材料に光が当たると、いわゆるプラズモン共鳴が発生し、電子は材料と同じ周波数で振動し始めます。 同様のプロパティは、実際には発生しません。 プラズモン共鳴が蛍光放射と一致すると、後者が増幅され、輝度とフリッカー速度が増加します。
ドイツの研究者は、米国の同僚がLi-Fiを商用利用できるように支援できると述べています。 現在入手可能な標準LEDは、データ伝送用ではなく照明用に最適化されているため、比較的小さな範囲でパラメータを変更できます。 そのため、この問題では新しい素材が優れたソリューションとなります。