Khoa học tự nhiên

Phá kỷ lục về băng thông cho truyền dữ liệu bằng ánh sáng khả kiến (23/06/2016)

Điện thoại di động và các thiết bị Wi-Fi thường truyền dữ liệu qua sóng vô tuyến, nhưng khi nhu cầu truyền dữ liệu không dây tăng lên, sự tắc nghẽn trong phổ tần số vô tuyến được dự kiến sẽ trở thành một vấn đề nan giải. Một cách để giải quyết vấn đề này là thông tin liên lạc bằng ánh sáng khả kiến (visible light communication - VLC), một công nghệ sử dụng ánh sáng khả kiến chứ không phải là sóng radio để truyền dữ liệu.

Hình minh họa và sơ đồ thiết bị VLC sử dụng bộ chuyển đổi màu sắc mới làm bằng các tinh thể nano perophit kết hợp với phốt-pho phát ánh sáng đỏ. Ảnh: Dursun et al. © 2016 Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.

VLC sử dụng laser hay LED giống như các loại ánh sáng truyền thống, nhưng bằng cách nhanh chóng chuyển đổi trạng thái bật và tắt nhanh đến mức mắt thường không thể nhìn thấy, ánh sáng này truyền dữ liệu trong mã nhị phân đến người nhận. Bên cạnh việc mở rộng phổ truyền dữ liệu, VLC được kỳ vọng sẽ có những lợi thế khác so với thông tin vô tuyến không dây, bao gồm tốc độ nhanh hơn, tính bảo mật cao hơn và hiệu quả năng lượng cao hơn.

Tuy nhiên, hiện nay một trong những thách thức lớn nhất đối với VLC là băng thông rất nhỏ, làm hạn chế đáng kể tốc độ truyền dữ liệu. Lý do chính cho vấn đề này là băng thông nhỏ của bộ chuyển đổi màu sắc - một cấu phần chuyển đổi ánh sáng LED xanh dương thành các màu sắc khác nhau cần thiết để tạo ra ánh sáng trắng được sử dụng để truyền dữ liệu.

Trong một bài báo mới được công bố trên tạp chí ACS Photonics, một nhóm các nhà nghiên cứu do Osman Bakr và Boon Ooi tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) ở Saudi Arabia dẫn dắt đã phát triển một bộ chuyển đổi màu VLC mới có băng thông lớn hơn 40 lần so với băng thông của các bộ chuyển đổi thương mại và lớn hơn hai lần so với băng thông của bất kỳ bộ chuyển đổi tiềm năng nào được đề xuất cho đến nay.

Bakr cho biết: "Trong công trình nghiên cứu này, chúng tôi đã phá vỡ kỷ lục thông tin liên lạc bằng ánh sáng khả kiến và ấn tượng hơn là tạo ra được ánh sáng trắng có chỉ số hoàn màu rất cao là 89, bằng cách thiết kế một bộ chuyển đổi màu sắc đặc biệt dựa trên các tinh thể nano perophit lai ghép. Công trình nghiên cứu của chúng tôi chứng tỏ ánh sáng trắng vừa là nguồn phát sáng vừa là một hệ thống truyền dữ liệu tốc độ siêu cao".

Giống như các bộ chuyển đổi màu sắc thương mại, thiết kế mới này dựa vào phốt-pho, là vật liệu phát sáng cũng thường được sử dụng trong đèn LED thông thường. Vấn đề với phốt-pho trong các bộ chuyển đổi màu sắc thương mại là chúng có thời gian phát sáng quang hóa dài, ở cấp độ micro giây, do đó băng thông chỉ độ rộng tối đa khoảng 12 megahertz (MHz).

Trong công trình nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu kết hợp phốt-pho thông thường với các tinh thể nano perophit là các tinh thể đang được nghiên cứu để sử dụng trong pin năng lượng mặt trời do khả năng chuyển đổi năng lượng hiệu quả của chúng. Ở đây, các nhà khoa học chỉ ra rằng việc bổ sung các tinh thể nano perophit vào phốt-pho thông thường làm giảm thời gian phát sáng quang học xuống chỉ còn 7 nano giây. Kết quả là, bộ chuyển đổi màu sắc mới có băng thông gần 500 MHz và có thể truyền dữ liệu với tốc độ cao 2 Gbits/giây. Để so sánh, các công nghệ Wi-Fi có thể đạt tốc độ chỉ vài chục Mbits/giây.

Băng thông này cũng lớn hơn băng thông trong phạm vi 40-200 MHz của các bộ chuyển đổi màu sắc không sử dụng phốt-pho mà các nhà khoa học gần đây đang nghiên cứu.

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng ánh sáng phát ra từ bộ chuyển đổi màu sắc mới trông cũng rất đẹp. Chỉ số hoàn màu cao (89) nghĩa là thiết bị này tạo ra ánh sáng trắng ấm áp và phát ra ánh sáng chất lượng cao hơn so với đèn LED trắng thương mại hiện nay. Chất lượng tốt cho thấy thiết bị này sẽ rất phù hợp để hoàn thành các mục tiêu kép của nó đó là vừa là một thiết bị thông tin liên lạc không dây vừa là một nguồn chiếu sáng trong nhà hay màn hình quang.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu các phương pháp hoàn thiện bộ chuyển đổi màu sắc để đảm bảo độ tin cậy lâu dài của nó. Họ cũng hy vọng sẽ cải thiện hơn nữa tốc độ truyền dữ liệu.

Nguồn: vista.gov.vn