Yhdistetty optinen lähetin ja vastaanotin

Perovskiittirakenne, joka käsittää valoa emittoivan diodin ja joka on samalla erinomainen valodetektori.

Linköpingin yliopiston tutkijat ovat yhdessä kiinalaisten kollegoiden kanssa kehittäneet perovskiiteistä pienen yksikön, joka on sekä optinen lähetin että vastaanotin. "Tämä on erittäin merkittävä ratkaisu optoelektronisten järjestelmien pienentämiseen", sanoo LiU:n professori Feng Gao.

Tutkijoiden nyt kehittämää diodia voidaan ohjata kahteen suuntaan: se voi vastaanottaa optisia signaaleja ja lähettää niitä yhtä helposti.

Perovskiitit koostuvat metallista ja halogeenista, ja ne ovat osoittautuneet monipuolisiksi puolijohteiksi, joita on helppo ja halpa valmistaa. Niillä on myös hyödyllinen ominaisuus sekä havaita että säteillä valoa.

Syksyllä 2018 Chunxiong Bao löysi oikean perovskiitin rakentaakseen valoilmaisimen, jolla on parempi suorituskyky ja pidempi käyttöikä.

Perovskiiteistä peräisin olevien valodiodien kehittäminen on myös edennyt nopeasti. Linköpingin yliopiston tutkijatohtori Weidong Xu kehitti viime vuonna maailman parhaimpiin kuuluvan perovskiittisen valodiodin, jonka hyötysuhde oli 21 %.

Mitä tutkijat ovat nyt saavuttaneet, on kehittää perovskiittirakenteen, joka käsittää valoa emittoivan diodin ja joka on samalla erinomainen valodetektori.

Kaikki optinen viestintä vaatii nopeita ja luotettavia valodetektoreita. Nykyisissä optisissa viestintäjärjestelmissä käytetään valodetektoreita, jotka on valmistettu esimerkiksi piistä ja indiumgalliumarsenidista. Ne ovat kuitenkin kalliita, eikä niitä voida käyttää sovelluksissa, jotka vaativat keveyttä, joustavuutta tai suuria pintoja.

Tutkijoiden liuosprosessoitu perovskiittidiodi pystyy toimimaan sekä emissio- että ilmaisutilassa. Diodin tilaa voidaan vaihtaa välillä muuttamalla bias-suuntaa. Sen valonsäteilyn ulkoinen kvanttitehokkuus on yli 21 % sekä valon havaitsemisraja on alle pikowattien tasolla. Molempien toimintojen nopeus voi olla kymmeniä megahertsejä.

Hyödyntämällä pieniä Stokes-siirtymiä perovskitteissä, diodeilla on korkea ominaisilmaisukyky ja sen emission huippu on ~ 804 nm, mahdollistaen näin optisen signaalin vaihdon kahden samanlaisen diodin välillä.

Kaksitoimisen diodin potentiaalin havainnollistamiseksi tutkijat osoittivat, että sitä voidaan käyttää monoliittisen pulssianturin ja kaksisuuntaisen optisen viestintäjärjestelmän luomiseen.

”Olemme onnistuneet integroimaan optisen signaalin siirron ja vastaanoton yhdeksi piiriksi, mikä mahdollistaa optisten signaalien lähettämisen molempiin suuntiin kahden samanlaisen piirin välillä. Tämä on arvokasta miniatyrisoidun ja integroidun optoelektroniikan alalla ”, sanoo Feng Gao, professori ja tutkimuspäällikkö biomolekulaarisen ja orgaanisen elektroniikan osastolta.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampia ledejä ja aurinkokennoja

Nanoledi sirujen optiselle datansiirrolle