紫外光通信系統(tǒng)一般是由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)組成，其中發(fā)射系統(tǒng)將信號源產(chǎn)生的原始電信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，接收系統(tǒng)從信號中接收并恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號。紫外光通信源于光無線通信技術(shù)或稱自由空間光通信（FSO，F(xiàn)ree Space Optical Communication），是一種寬帶接入方式，是光通信和無線通信結(jié)合的產(chǎn)物。光無線通信技術(shù)，利用光束信號通過大氣空間，這種技術(shù)的接入系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)上與光線傳送系統(tǒng)類似。
紫外光通信與光通信技術(shù)結(jié)構(gòu)大致相同，原理是基于兩個相互關(guān)聯(lián)的物理現(xiàn)象，一方是大氣層中的臭氧對波長200nm-280nm的紫外光有吸收作用，我們通常稱為日盲區(qū)，利用到達(dá)地面的日盲區(qū)紫外輻射在海平面幾乎衰減至零；另一現(xiàn)象是地球表面的日盲區(qū)紫外光被大氣強(qiáng)烈散射。由于日盲區(qū)的存在，為200nm-280nm波段的紫外光通信系統(tǒng)提供了通信條件。與此同時(shí)，由于紫外光的散射作用，使能量傳輸方向可發(fā)生改變，便奠定了通信基礎(chǔ)，利用大氣散射和吸收的原理實(shí)現(xiàn)了紫外光通信技術(shù)。
紫外光通信以日盲區(qū)的光譜為載波，發(fā)生端口由信源、調(diào)制驅(qū)動、指定紫外光源組成，將發(fā)射端的信號調(diào)制并加載在該紫外光載波上發(fā)送出去，利用大氣散射作用進(jìn)行傳播，并由接收端口紫外探測器、處理驅(qū)動、信宿識別，對紫外光信號的識別與破解，并處理得出信息信號。
當(dāng)前紫外光通信系統(tǒng)從通信方式來說，有視距通信與非視距通信。視距通信方式，與光無線通信基本相同，遵循信號強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律衰減，與距離的平方成反比的規(guī)律。非視距通信是紫外光特有的方式，由于散射作用，紫外光在傳輸過程中產(chǎn)生的電磁場使大氣中的粒子所帶的電荷產(chǎn)生振蕩，振蕩的電荷產(chǎn)生了電偶極子，輻射出次級球面波。由于電荷的振蕩與原始波同步，所以次級波與原始波是具有相同的電磁振蕩頻率，并與原始波有固定的相位關(guān)系，次級球面波的波面分布與振動情況決定散射光的散射方向。因此，散射在大氣中紫外光信號與光源保持了相同的信息，從而實(shí)現(xiàn)了信息傳輸。
紫外光通信的特點(diǎn)
1. 不受無線電管理委員會的限制，由于波長為200-280nm，該頻帶是開放，在使用中是不需要頻率應(yīng)用，無需向無線電單通信申請頻率許可證。
2. 紫外光通信的干擾少。由于200-280nm屬于日盲區(qū)，這種波長的光線被大氣分子和懸浮顆粒吸收，強(qiáng)度指數(shù)衰減，到地球地表的能量非常弱，所以背景噪音很小。
3. 紫外光通信的機(jī)密性高，紫外線的波速很窄，定向性好，又屬于非可視光，白天夜間都無法發(fā)現(xiàn)，因此無法探測到鏈路位置，不存在監(jiān)聽的可能性，干擾和攔截的可能性更小。
4. 紫外光通信適合在遮擋的場景中使用，由于紫外光源是通過在大氣中擴(kuò)散的粒子與電荷產(chǎn)生振蕩，形成固定的相位關(guān)系，并由接收端接收。因此，紫外線可執(zhí)行非視距通信，適應(yīng)復(fù)雜的地形環(huán)境，克服了其他自由空間光通信系統(tǒng)必須采用視距工作方式的缺點(diǎn)。
5.紫外光通信靈活性高，紫外光通信平臺可以采用車載式、機(jī)載式、艦載式，克服了傳統(tǒng)有線與無線通信需要電纜和基站的缺點(diǎn)。紫外光通信的接收器如同一部攝像機(jī)，可以隨時(shí)隨地安裝，進(jìn)行快速布局。
在復(fù)雜環(huán)境中，當(dāng)無線通信、有線通信和光纖通信都不能用的時(shí)候，紫外光通信作為一種備用通信手段就會發(fā)揮作用。
紫外光通信的技術(shù)突破
1. 傳輸距離短，由于大氣衰減的影響，紫外線適合于1km內(nèi)的短距離通信，超出此范圍將很難檢測。
2. 紫外線對人體安全的威脅，紫外線對人體安全一直備受關(guān)注，在無遮擋時(shí)紫外線直射人體會造成傷害。但由于研發(fā)出222nm安全波段，這一問題也將迎刃而解。
由于紫外光通信是利用紫外線通過大氣進(jìn)行傳送的，紫外光會被大氣與懸浮顆粒物吸收，不適合長距離通信。紫外光通信系統(tǒng)還在持續(xù)研發(fā)中，雖然無法進(jìn)行大面積商用。但由于其技術(shù)優(yōu)勢明顯，其劣勢正在被技術(shù)的進(jìn)步所抵消，具有廣泛應(yīng)用前景和巨大市場潛力，許多問題正在逐步解決。
其實(shí)，早在1960年，美國海軍就開始了關(guān)于紫外光通信的研究，1964年 G.L.Harvey做了關(guān)于紫外光通信關(guān)鍵技術(shù)的研究，1967年 J.A.Sanderson 將其應(yīng)用到實(shí)際的光通信實(shí)驗(yàn)中。
2000年美國通用公司為美軍研制了一種實(shí)用的新型隱蔽式紫外光無線通信系統(tǒng)，已裝備部隊(duì)，該系統(tǒng)通信速率提高到4.8Kbit/s，誤碼率達(dá)到10-6。該系統(tǒng)不易被探測和接收，適用于多種近距離抗干擾通信環(huán)境，尤其適用于特別行動和低裂度沖突，可滿足戰(zhàn)術(shù)通信要求。
2002年SET公司生產(chǎn)出了可以商用化的波長在247～365nm之間的深紫外LED。這SET 公司可提供峰值波長為247～365nm的深紫外LED，盡管其電功率為150毫瓦，輻射光功率僅為微瓦級，還不能與光功率為毫瓦級的紅外LED相提并論，但是近年來隨著工藝和材料等方面的長足發(fā)展，紫外LED的電功率和光功率以及可靠性都有了很大的提高。
2004年，美國麻省理工大學(xué)林肯實(shí)驗(yàn)室采用274nm的紫外LED作為光源，將240支紫外LED做成陣列，其光功率僅為4.5毫瓦。實(shí)驗(yàn)采用非直視通信，在100米的范圍內(nèi)通信速率為200bit/s。
2007年，美國國防部高科技計(jì)劃規(guī)劃局就開始資助深紫外波段雪崩二極管的研發(fā)，要求其響應(yīng)波段峰值為280nm，增益為610 ，目前已取得積極進(jìn)展。
2020年，日本東北大學(xué)的研究人員提出了深紫外線LED提升光無線通信LiFi的方法，并在7月22日將研究成果發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》。東北大學(xué)先進(jìn)材料多學(xué)科研究所副教授Kazunobu Kojima表示，可見光和紅外光無線通信都可能受到太陽光干擾。為了避免與太陽光混淆，使用深紫外光可改進(jìn)光通信，深紫外光不受太陽光的干擾，從而被探測到。
美國陸軍研究人員正在探索在戰(zhàn)場上使用紫外線光通信，通過其技術(shù)使敵方無法檢測到被保密的鏈路。這項(xiàng)由美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的研究的主要目的是為未來的研究開發(fā)一個框架，該框架可以在何種情況下量化紫外通信，既對友軍有用，又對敵方探測不到。
目前，受限于紫外芯片技術(shù)水平，生產(chǎn)廠商并不多，行業(yè)普遍認(rèn)為UVB/UVC世界領(lǐng)軍企業(yè)是美國的SETi，其次是韓國的LGIT和首爾半導(dǎo)體，以及Lumileds和Osram。中國涉足紫外芯片領(lǐng)域的廠商，主要是臺灣公司，例如光宏、聯(lián)勝以及國內(nèi)的至芯半導(dǎo)體。由于技術(shù)難度大，許多欲進(jìn)入這一領(lǐng)域的企業(yè)望而卻步。
至芯半導(dǎo)體研究人員在藍(lán)寶石模板上制作了深紫外芯片，測量它們的傳輸速度后發(fā)現(xiàn)，深紫外芯片可以做到比傳統(tǒng)的LED體積更小，通信速度更快。通過小型芯片的集成有利于提高光通信技術(shù)的功率和速度。
由此可見，紫外線通信系統(tǒng)作為新型通信手段，將為人們提供一種新的寬帶接入技術(shù)，利用光譜來突破帶寬接入的瓶頸。隨著高速本地網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求不斷的增大，對于不同的場合和不同的用戶需求，通過合理的配置系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)紫外光通信應(yīng)用將加速實(shí)現(xiàn)。目前許多技術(shù)已在研發(fā)中，并在軍事、娛樂、生活中的場景領(lǐng)域進(jìn)行測試應(yīng)用。
（來源：至芯半導(dǎo)體）
