一种数字编码双窄带有机光电探测器获揭示

无线光通信可利用可见光和近红外光传输信息，具有带宽资源丰富、抗电磁干扰和空间指向性强等优势。然而，宽带探测器易受噪声干扰且存在信号被截获风险。现有方案依赖数字加密和外置滤光片，增加了系统复杂度。因此，如何将光谱选择、信息加密和抗干扰能力集成于无线光通信系统中，是亟待解决的问题。

近日，清华大学深圳国际研究生院副教授韦国丹团队和付红岩团队联合多家单位，研发出一种数字编码双窄带有机光电探测器，并在此基础上构建了具有防窃听和抗干扰能力的无线光通信系统。相关成果发表于《自然—通讯》。

该研究将器件层面的光谱选择性与算法层面的混沌加密相结合，使光电探测器不仅承担接收光信号的功能，还可作为通信系统中的“光谱密钥”，为安全无线光通信提供了一种硬件-软件协同设计路径。

研究团队所研制的器件能够在零偏压下工作，在485纳米可见光和910纳米近红外波段形成两个窄带响应峰，半峰宽分别为23纳米和25纳米。器件在910纳米波段的最快响应时间达到440纳秒，线性动态范围超过140分贝，并具有较强的带外光谱抑制能力。

此外，器件在空气中稳定超过一个月，光电流仍保持稳定，体现出良好的工作稳定性。与宽带光电探测器相比，该器件能够直接从接收端筛选目标光谱成分，降低环境光和非目标波段信号产生的噪声，为高信噪比的无线光通信提供硬件基础。在此基础上，研究团队构建了可见光-近红外双波段加密无线光通信系统。系统将数据调制后分解为两个波段信号，需同时接收两波段才能恢复完整数据。

实验中，该系统成功传输了600×600像素的彩色图像。在每秒20千比特传输速率下，重建图像的误码率低至2.06×10-5，结构相似度达到0.9998。在每秒1.25兆比特的传输速率下，910纳米波段和485纳米波段的误码率分别为9.17×10-5和1.78×10-3，均低于硬判决前向纠错阈值，验证了该器件用于兆比特每秒级无线光通信的可行性。

该器件除了防窃听能力外，还表现出较强的环境光抗干扰性能。研究团队使用白光LED模拟复杂环境中的宽带光噪声，并分别采用双窄带光电探测器和无谐振腔的宽带光电探测器接收910纳米波段信号。与宽带器件相比，双窄带器件接收图像的像素强度失真降低约42%，均方误差降低约54%。在强白光照射下，宽带器件输出信号出现明显失真，而双窄带器件接收的信号仍保持稳定。

研究团队还构建了基于910纳米响应波段的单像素扫描成像系统，获得了高对比度的近红外图像，展示了该器件在抗干扰成像和光谱选择性探测中的应用潜力。

该技术同时具有良好的光谱可调性，通过调整材料与结构，响应波长可扩展至1215纳米，并在1064纳米波段也实现了清晰通信，验证了该方案向长波长通信拓展的可行性。