無線光通信可利用可見光和近紅外光傳輸信息，具有帶寬資源豐富、抗電磁干擾和空間指向性強等優勢。然而，寬帶探測器易受噪聲干擾且存在信號被截獲風險。現有方案依賴數字加密和外置濾光片，增加了系統復雜度。因此，如何將光譜選擇、信息加密和抗干擾能力集成于無線光通信系統中，是亟待解決的問題。
圖1 數字編碼雙窄帶有機光電探測器的設計
近日，清華大學深圳國際研究生院副教授韋國丹團隊和付紅巖團隊聯合國內多家單位，研發出一種數字編碼雙窄帶有機光電探測器，并在此基礎上構建了具有防竊聽和抗干擾能力的無線光通信系統。
該研究將器件層面的光譜選擇性與算法層面的混沌加密相結合，使光電探測器不僅承擔接收光信號的功能，還可作為通信系統中的“光譜密鑰”，為安全無線光通信提供了一種硬件-軟件協同設計路徑。
研究團隊引入法布里-佩羅諧振腔，通過精確調控諧振腔厚度，實現特定波長選擇性吸收，從而在無需外置濾光片的情況下實現雙窄帶探測。
圖2 雙窄帶有機光電探測器的光電性能
所研制的器件能夠在零偏壓下工作，在485納米可見光和910納米近紅外波段形成兩個窄帶響應峰，半峰寬分別為23納米和25納米。器件在910納米波段的最快響應時間達到440納秒，線性動態范圍超過140分貝，并具有較強的帶外光譜抑制能力。
此外，器件在空氣中穩定超過一個月，光電流仍保持穩定，體現出良好的工作穩定性。與寬帶光電探測器相比，該器件能夠直接從接收端篩選目標光譜成分，降低環境光和非目標波段信號產生的噪聲，為高信噪比的無線光通信提供硬件基礎。在此基礎上，研究團隊構建了可見光-近紅外雙波段加密無線光通信系統。系統將數據調制后分解為兩個波段信號，需同時接收兩波段才能恢復完整數據。
實驗中，該系統成功傳輸了600×600像素的彩色圖像。在20 kbps傳輸速率下，重建圖像的誤碼率低至2.06×10??，結構相似度達到0.9998。在1.25 Mbps傳輸速率下，910納米波段和485納米波段的誤碼率分別為9.17×10??和1.78×10?3，均低于硬判決前向糾錯閾值，驗證了該器件用于兆比特每秒級無線光通信的可行性。
圖3 雙窄帶無線光通信系統的防竊聽演示
為驗證系統的防竊聽能力，研究團隊模擬了其中一個光學波段被分光截獲的情況。由于竊聽者只能獲得部分加密信號，其重建圖像出現明顯的信息缺失和顏色失真，結構相似度僅為0.11，難以從單一波段中恢復有效信息。
研究團隊進一步通過周期性檢測序列判斷信號是否被截獲，發射端據此補償信號強度。研究表明，經過發射端補償后，合法接收端重建圖像的結構相似度恢復至0.99，在提高光信號截獲難度的同時維持了正常通信質量。
除了防竊聽能力外，該器件還表現出較強的環境光抗干擾性能。研究團隊使用白光LED模擬復雜環境中的寬帶光噪聲，并分別采用雙窄帶光電探測器和無諧振腔的寬帶光電探測器接收910納米波段信號。與寬帶器件相比，雙窄帶器件接收圖像的像素強度失真降低約42%，均方誤差降低約54%。在強白光照射下，寬帶器件輸出信號出現明顯失真，而雙窄帶器件接收的信號仍保持穩定。
圖4 雙窄帶光電探測器的抗干擾通信與成像實驗
研究團隊還構建了基于910納米響應波段的單像素掃描成像系統，成功重建出“TSINGHUA”圖案。在目標波長照明下，透光區域產生的光電流約為遮擋區域的1000倍，獲得了高對比度的近紅外圖像，展示了該器件在抗干擾成像和光譜選擇性探測中的應用潛力。
該技術同時具有良好的光譜可調性，通過調整材料與結構，響應波長可擴展至1215納米，并在1064納米波段也實現了清晰通信，驗證了該方案向長波長通信拓展的可行性。
研究成果以“用于安全無線光通信的數字編碼雙窄帶光電探測器”（Digitally encoded dual-narrowband photodetectors for secure optical wireless communication）為題發表于國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-026-74011-1
《銦鎵砷（InGaAs）光電探測器專利態勢分析-2025版》
《蘋果在量子點光電傳感器領域的發明專利與產業布局分析》
《量子點光電傳感器專利態勢分析-2024版》
《紅外熱成像與傳感技術及市場-2025版》
《短波紅外、中波紅外和制冷型紅外成像-2025版》
《汽車級長波紅外攝像頭產品對比分析-2025版》
《汽車紅外攝像頭技術及市場-2024版》
《邁來芯MEMS遠紅外熱電堆傳感器MLX90632產品分析》
《自動駕駛及艙內感知應用的紅外相機技術及市場-2025版》
《高光譜和多光譜成像技術、應用和市場趨勢-2025版》
