复旦田朋飞课题组绿光micro-LED研究进展：2GHz带宽下实现9Gbps通信速率

最新成果

近期，复旦大学田朋飞课题组通过在蓝宝石衬底上制备c-plane 绿光micro-LED，成功实现了高达2.19GHz的调制带宽，并通过制备高光功率输出的micro-LED串联器件，结合正交频分复用（Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDM）技术和信噪比差额依赖的比特和功率加载算法（SNR Gap-Dependent Bit and Power Loading），实现了在自由空间0.2m传输距离条件下最高9.06Gbps的数据传输速率，相关成果以“Green Micro-LED With a Bandwidth Exceeding 2 GHz for 9-Gbps Visible Light Communication Based on SNR Gap-Dependent Bit and Power Loading”为题发表于《Journal of Lightwave Technology》期刊上。

目前，micro-LED由于其高亮度、低功耗、高调制带宽等优点，已经逐渐被认为是高速可见光通信（Visible light communication, VLC）和AI光互连系统中最有前景的研究方向之一。但之前的研究中，高速VLC主要基于蓝光和红光，传统的c-plane绿光micro-LED由于受到“Green Gap”问题（高的In成分使得晶体质量较差、极化电场较强）的影响，高性能绿光器件的发展被限制，特别是在如何实现大规模、低成本的绿光micro-LED器件制备方面，相关问题仍亟待解决。

表1近几年绿光micro-LED相关性能对比

图1 9像素的20 μm串联绿光Micro-LED阵列示意图

针对此，该研究通过应力释放削弱多量子阱层中的量子限制斯塔克效应，提高电子/空穴波函数重叠程度，进而提高载流子复合速率，最终实现调制带宽特性的优化。10μm绿光micro-LED的E-E（Electrical to electrical）带宽为1.27GHz，E-O（Electrical to optical）带宽为2.19 GHz。为进一步提高发射器件的光输出功率，并同时保持与单像素相同的带宽，该研究设计制作了串联结构micro-LED器件，如图1所示的 9像素的20 μm串联偏置micro-LED阵列。

基于上述高性能micro-LED器件，通过信噪比差额依赖的比特和功率加载算法与OFDM调制技术相结合，该研究进一步开展了自由空间中的VLC系统构建以及通信速率研究工作，具体的实验装置示意图如图2所示，数据传输速率达9.06Gbps，这是绿光micro-LED在自由空间中所能达到的最高数据传输速率。该工作一方面推动了高带宽绿光micro-LED的发展，另一方面也证明了其在未来超高速无线光通信和光互连技术中的应用前景。

图2Micro-LED光通信系统实验装置图

该工作得到国家重点研发计划（2021YFB3601003）的支持，复旦大学光源与照明工程系靳祖欣为本论文第一作者，通讯作者为田朋飞教授。

论文链接：

Green Micro-LED With a Bandwidth Exceeding 2 GHz for 9-Gbps Visible Light Communication Based on SNR Gap-Dependent Bit and Power Loading