2020 Fiscal Year Annual Research Report
LED-based optical wireless communications in the solar-blind band
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19H02145
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
淡路 祥成 国立研究開発法人情報通信研究機構, ユニバーサルコミュニケーション研究所, 研究統括 (50358876)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250)
吉田 悠来 国立研究開発法人情報通信研究機構, ネットワークシステム研究所ネットワーク基盤研究室, 主任研究員 (50573036)
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光無線通信 / 深紫外LED / ソーラーブラインド通信 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
波長280nm以下の深紫外波長帯は、地表において陽光の影響がないソーラーブラインド帯であり、日中陽光下でも高速光無線通信が可能な帯域資源として期待されるが、実用的な光源の不足などから、これまで注目を集めてこなかった。本課題では、近年発展著しい深紫外LEDを中心として、ポスト5G時代における情報通信資源として深紫外帯を再探索・再評価する。
令和元年度においては、280nm帯 AlGaN LEDを用いた送信機と、シリコンAPD（avalanche photodiode）及び紫外帯バンドパスフィルタを用いた受信機を用いた屋外伝送実験を行い、炎天下においても終日1Gbps超の伝送が可能であることを明らかにした。
令和２年度（繰越終了）においては、モビリティ向上を目指し、深紫外LED自体をPDとして用いる受信機、ガイガーモードAPDアレー（MPPC)、CsTe受光面を用いたPMT（光電子増倍管）の３種類のソーラーブラインド受光機を試作し、特性比較を行った。結果、MPPC及びCsTe-PMTにおいて、±５度以上の視野角と300Mbps以上の伝送容量を一般的な照明及び自然光下で実現可能であることを実験的に確認した。特に、Cs-Te-PMTは高価な深紫外帯フィルタなしに高感度ソーラーブラインド受信を実現可能である。また、実験結果をもとに、深紫外帯3チャネルMIMO/波長多重（WDM)伝送ユニットの設計を行った。
一方、AlGaN LEDの高速応答の鍵であると考えられる自己組織的なマイクロLED構造について、サファイア基板のマイクロステップ構造に由来するAlGaN量子井戸発光層の微小構造と高速変調性とが仮説通り強く相関することを、深紫外電子顕微鏡及び時間分解エレクトロ・ルミネッセンスにより明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナの影響及び半導体関連の供給不安定により、2年目においては繰越実施を余儀なくされたものの、実験系の一部リモート化や実験・調達計画の調整により、２年目実施内容を完遂するとともに、withコロナでの3年目実施環境を整備することができ、３年目実施内容を期間内に完遂するめどがたっていることから、概ね順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度においては、これまでに試作したギガビット級ソーラーブラインド送受信機を複数用いたMIMO伝送系を試作し、空間多重や深紫外帯波長多重による伝送容量拡大を目指す。また並行して、これまでに明らかにした深紫外帯AlGaN LEDの高速応答メカニズムをもとに、半導体光物性の観点からも更なる高速化についての検討を進める。以上により、先進のデバイスである深紫外帯LEDを中心として、深紫外帯の情報通信資源としてのポテンシャルを実証するとともに、ポスト５G時代におけるその可用性を具体的かつ現実的に明らかにする。
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