用陽光代替Wi-Fi訊號上網，只要為1瓦功率的太陽能電池就能執行

用陽光代替wifi訊號，實現連網並傳輸資料，這可能嗎？有人做到了。

沙烏地阿拉伯的研究者設計了一種智慧玻璃系統。它能把窗戶當成數據機，透過改變陽光性質來傳輸資訊。

手機攝影鏡頭接收光訊號後，再將其轉換回二進位資料。只需功率為1瓦的太陽能電池，就能讓其運行。

目前，該研究已發表在《IEEE光子學雜誌》（IEEE Photonics Journal）上。

你，相信光嗎？

以前，通常是改變光的強度對其進行編碼。但光在空氣傳播中，其強度會受氣壓等環境影響而不斷變化，傳輸效率太低，且人眼對光強劇烈變化十分敏感。這次，研究者轉而使用光的偏振原理。

課本有學過，光作為一種橫波，如果讓其透過特定介質（偏振片），將只保留特定方向的部分光波。

透過上述原理，研究者設計出一個系統，透過改變光波偏振狀況，將資訊搭載到陽光中，而且人眼不易察覺變化。這些改變需要透過液晶材料才能做到。在不同電壓下，此類材料分子排列將發生改變，繼而左右該介質光的偏振情況。

但這還不夠。

為提升編碼效率，研究者還參考液晶快門的時間回應函數，並考慮透光介質雙折射等問題，將兩個反向的液晶 (LC) 單元堆疊在一起。最終，整個調變系統包含3個偏振片，2個反向液晶層（一個常白、一個常黑）——

研究者將其稱為雙單元液晶快門(DLS)。

此種設計的好處在於：

比起單層液晶偏振系統，它能夠更快改變光波偏振，降低編碼錯誤，同時，對於光在傳播中強度隨機起伏的「閃爍效應」也能減小影響。

從下圖能看出，紅線為常白模式對訊號1的輸出，藍線為常黑模式，當兩者堆疊後，訊號「1」的脈衝（綠色曲線）更短，變化更迅速，在通信編碼中效率更高。

以DLS為基本調變單元，研究者為替代wifi設計了一整套資訊傳輸系統：

先讓陽光照射過智慧型玻璃窗，窗戶本身就是調變器，透過DLS改變光波偏振情況，對其進行調變編碼。

搭載資訊後的光波繼續進入室內，再被手機等終端攝影鏡頭接收到，再把收到的訊號調變回成二進位資料。

為了進一步提升傳輸速率，研究者還使用了分時多工技術（TDM）。

該技術簡單說，就是在一個通道內將傳輸時間進行切割，按一定次序給不同設備分配傳輸接受時間，輪到某個設備時，該設備就開啟傳輸，同時其他設備傳輸將被切斷。

最後，研究團隊通過建模，觀察了自己搭建系統的傳輸表現。

目前較主流的對光調變並直接傳輸通信方式會採用半導體光放大器（SoA），研究者選取了兩種調變模式進行對比：調變面積66平方公分的RetroTurbo，以及調變面積14平方公分PassiveVLC。

結果顯示，同等調變面積與同等傳輸距離下，他們的系統均優於目前最先進的方式，最高傳輸速率可達16Kbps。

能耗方面，僅需1W的太陽能電池板，就能驅動整個系統運轉。

儘管目前傳輸資訊速率有限，但團隊認為該成果預示著陽光不僅僅是一種能量資源，更是一種資訊資源，這將有助於我們以更低能耗進行資訊傳輸。

關於後續研究規劃，團隊表示：

他們下一步希望能將傳輸速率提升到每秒MB，甚至GB等級的傳輸速度，為此將申請訂購相關測試硬體。

最後瞭解下研究團隊成員。

一作Sahar Ammar來自阿卜杜拉國王科技大學 (KAUST)，電氣和數學科學與工程 (CEMSE) 部門，主要研究方向為光通信；二作Osama Amin，同樣來自阿卜杜拉國王科技大學的電氣和數學科學與工程 (CEMSE) 部門；

指導老師Basem Shihada，主要研究領域為無線、有線通信，也涉足網路安全與雲計算。

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