Lifi LED光源踢掉WiFi将引领可见光通信技术？

式中，εrad是内量子效率。如表1所示，其中A、B、C的取值选取文献中实验的赋值，而理论的常规赋值中Auger复合系数比实验得到的结果小了4个数量级，可能的原因是杂质和声子作为中间介质参与Auger复合过程，使得C值实际中很大。另外一种可能是droop效应是由载流子溢出等作用的结果，与 Auger辐射无关。

　　由载流子ABC模型能够获得测试设备很难测量的重要电光特性，如载流子浓度-内量子效率曲线，如图4所示。在理论值的计算上，内量子效率渐渐趋于 100%，但是实际中LED器件的内量子效率会出现上升到峰值再下降的droop效应，并且输出光通量与注入电流的关系也会有droop效应。LED的调制通常发生在工作区，在饱和区进行调制会带来很差的信噪比，所以要控制好注入电流的范围。

图4 载流子与内量子效率的关系曲线

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　　2、LD（激光二极管）

　　由于研究人员不满足LED调制达到的数据传输速率，LiFi的首次提出者HardalHass教授用激光二极管替换了现有的LED，利用激光器的高能量与高光效，传输数据的速率可以比LED快10倍。激光照明可以混合不同波长的光产生白色光，类似于RGBLED。虽然基于LED的LiFi可达到10Gb/s的数据传输速率，可以改善 WiFi中7Gb/s的数据传输速率上限，但是激光传输数据的速率可以很容易超出100Gb/s。最新的报道显示，美国亚利桑那州立大学电子、计算机和能源工程学院的研发团队研制出纳米级别的白光激光器，其可以更加便利地用作LiFi光源。

　　在通信方面，激光二极管相比于LED，具有更快的响应速度、可以直接进行调制和耦合效率高等优点。对于普通的电注入式半导体激光器，当注入电流超过某一值时，LD可以发射受输入电流控制的调制光，其调制特性如图5所示，该点电流称为阈值电流，阈值电流以上部分直到饱和区都属于LD的工作区，而调制范围最好在线性区域内进行，所以降低器件的阈值电流，获得较大的调制工作区显得很重要。

图5 半导体激光器的调制特性

　　阈值电流密度如公式（3）所示

　　式中，Jth是阈值电流密度；e是电子元电荷；d是有源层厚度；Iinj是注入电流；N’是透明载流子浓度；αm和αi分别是镜面损耗和光学吸收损耗；Γg0是最大的模式增益；B和C分别是辐射复合系数和Auger复合系数。

　　垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers，VCSELs）就具有低阈值、宽调制和高光电转换效率等优势，美国PrincetonOptronics公司研制出集成多个VCSELs列阵的激光照明模块，连续输出功率超过650W，如图6所示。但是随着注入电流的增加，高功率的VCSELs就会激发出多重横模，导致器件用于通讯光源时误码率增大，所以要对高功率的VCSELs器件的出射模式进行偏振选择。

图6 Princeton Optronics研制的基于高功率VCSEL阵列的激光照明模块

　　半导体激光器的光输出能够直接调制，最常用的激光器输出调制是控制流经器件的电流进行幅度调制或脉冲调制。激光二极管的调制带宽B＜ω0，其中ω0是类共振频率，而在阈值之上，调制带宽可以近似写作公式（4）

　　式中，τ是载流子寿命；τS是光子寿命；J是注入电流密度；J，是透明电流密度；σ是自发辐射因子；Γ是光限制因子，而

　　其中，c是光速，n是折射率。如果在LD的激射区域忽略自发辐射，即σ=0，从公式（4）发现调制带宽和注入电流密度就是正相关的线性关系，但是实际中的半导体激光器有droop效应，而且除了主模之外，边模也有很强的弛豫振荡。所以在微腔的微小体积中，自发辐射因子是较大的，普通激光器的 σ=10-5～10-4，而微腔激光器的σ可能增大到0.1以上，甚至接近于1。

　　尽管LiFi的光源可以选择激光二极管，而且2014年诺贝尔物理学奖获得者之一中村修二也在预言未来激光照明可能要取代LED照明，但是当前的主流照明新技术还是推广性价比较高、技术相对成熟的LED，并且对于LiFi光源的特点，研发高亮度、高效率和高速调制的LED器件方向可以更快地推动LiFi技术的商业化。

　　LiFi光源的颜色

　　与WiFi只是关注通信性能的提升不同，LiFi的照明系统必须要考虑在提升通信性能的同时保证照明的质量。所以LiFi的光源不管是LED还是LD，都是要输出白光，而白光的颜色质量对于照明来说是非常重要的。

LED灯具颜色特征参数可以由光谱功率分布（SPD）来计算。SPD是相对于光波长的输出强度分布的数学表达，可以提供关于光谱组分的详细信息。在