(Phys.org) —Università della California, Il professore di ingegneria elettrica di San Diego Zhaowei Liu e colleghi hanno mosso i primi passi in un progetto per sviluppare sistemi LED a lampeggiamento veloce per comunicazioni ottiche subacquee.

Nel numero del 6 gennaio di Nanotecnologia della natura , Liu e colleghi mostrano che un metamateriale artificiale può aumentare l'intensità della luce e la "velocità di lampeggio" di una molecola di colorante fluorescente che emette luce.

Gli strati nanostrutturati di argento e silicio nel nuovo materiale hanno accelerato la velocità di lampeggiamento della molecola fino a 76 volte più veloce del normale, producendo un aumento di 80 volte della sua luminosità.

"Lo scopo principale di questo programma è sviluppare una migliore fonte di luce per scopi di comunicazione, Liu ha detto. "Ma questo è solo un primo passo in tutta la storia. Abbiamo dimostrato che questo artificiale, il materiale artificiale può essere progettato per migliorare l'emissione e l'intensità della luce, ma il prossimo passo sarà applicarlo ai LED convenzionali."

L'estrema velocità di lampeggio - modulazione ultraveloce - nei LED blu e verdi è un anello mancante necessario per aumentare la velocità con cui le informazioni possono essere inviate tramite canali ottici attraverso il mare aperto, come tra navi e sottomarini, sottomarini e subacquei, sensori ambientali subacquei e veicoli subacquei senza equipaggio, o altre combinazioni.

Se notevolmente migliorato, le comunicazioni wireless ottiche potrebbero eventualmente sostituire i sistemi di comunicazione acustica subacquei per applicazioni a breve distanza. Le comunicazioni acustiche sono limitate dalla bassa velocità e dalla bassa velocità di trasmissione dei dati e potrebbero causare disagio alle balene, delfini e altra vita marina. Per fare questo, devono sviluppare sistemi LED blu e verdi che lampeggino uno o due ordini di grandezza più velocemente dei LED blu e verdi di oggi basati sul nitruro di gallio (GaN).

Nei sistemi di comunicazione wireless ottici subacquei, i dati vengono convertiti da un segnale elettrico in onde ottiche che viaggiano attraverso l'acqua da una sorgente luminosa come un LED a un ricevitore ottico. I LED blu e verdi lampeggianti sono già utilizzati per trasferire informazioni attraverso l'acqua. (I LED blu e verdi vengono utilizzati perché la loro luce è meno suscettibile di essere assorbita dall'acqua rispetto ad altri colori.)

I metamateriali sviluppati dai ricercatori sono sintetici, con proprietà non presenti in natura, e sono appositamente progettati per accelerare il processo di generazione della luce.

Finora, è stato difficile convertire direttamente un segnale elettrico in un segnale ottico in LED con velocità adeguata. Al momento, la frequenza di lampeggiamento per la maggior parte di questi segnali convertiti è inferiore a un gigahertz, una velocità inferiore alla velocità della maggior parte dei segnali WiFi, ha detto Liu.

I materiali sono progettati per avere interazioni estremamente forti con gli emettitori di luce che sono specifici per la lunghezza d'onda o il colore delle emissioni. Nella nuova relazione, i ricercatori hanno utilizzato una molecola colorante che emana una tonalità giallo-verde. Quindi il prossimo passo sarà accoppiare i materiali con i LED blu e verde.

"Il design dei materiali potrebbe non essere la cosa più difficile, " ha detto Dylan Lu, studente laureato dell'Università di San Diego, l'autore principale di Nanotecnologia della natura carta, che ha notato che funzioneranno con LED che sono stati prodotti secondo uno standard industriale specifico. "Penso che la sfida principale, applicarlo ai LED, sarà un problema di integrazione".

Liu ha recentemente vinto una sovvenzione dall'Office of Naval Research (ONR) per sviluppare i sistemi a LED blu e verde lampeggianti veloci, che include poco più di $500, 000 in tre anni.

Insieme ai professori di ingegneria elettrica e informatica Paul Yu ed Eric Fullerton, Liu mira a testare le configurazioni LED lampeggianti ultraveloci nelle acque oceaniche di San Diego.

"Siamo partiti dai progressi nella ricerca sui materiali fondamentali, e vogliamo trasferire la conoscenza al business dei LED, " disse Liù.