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)男盘枺邮障到y(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，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，從而實現(xiàn)了信息傳輸。

紫外光通信的特點

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。

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。紫外光通信的接收器如同一部攝像機，可以隨時隨地安裝，進行快速布局。

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，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)用到實際的光通信實驗中。

2000年美國通用公司為美軍研制了一種實用的新型隱蔽式紫外光無線通信系統(tǒng)，已裝備部隊，該系統(tǒng)通信速率提高到4.8Kbit/s，誤碼率達到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)林肯實驗室采用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。實驗采用非直視通信，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》。東北大學(xué)先進材料多學(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。這項由美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究實驗室進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)來實現(xiàn)紫外光通信應(yīng)用將加速實現(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)域進行測試應(yīng)用。

（來源：至芯半導(dǎo)體）