无线光通信可利用可见光和近红外光传输信息，具有带宽资源丰富、抗电磁干扰和空间指向性强等优势。用光来传输信息，比传统无线电更快、更安全、带宽更大——这是无线光通信的诱人前景。

数字编码双窄带有机光电探测器的设计。  通讯员 受访单位 供图

但，它也有“软肋”——宽带探测器“来者不拒”，环境光、噪声信号统统照单全收，不仅容易被干扰，还存在信号被截获的风险。

传统方案要么靠数字加密，要么加外置滤光片，好比给门多上几把锁，导致系统越来越臃肿，增加了系统复杂度。因此，如何将光谱选择、信息加密和抗干扰能力集成于无线光通信系统中，是亟待解决的问题。

近期，清华大学深圳国际研究生院韦国丹、付红岩团队联合国内多家单位，在《自然·通讯》上发表成果，研发出一种“数字编码双窄带有机光电探测器”，并在国际上构建了兼具防窃听和抗干扰能力的无线光通信系统。

该研究将器件层面的光谱选择性与算法层面的混沌加密相结合，使光电探测器不仅承担接收光信号的功能，还可作为通信系统中的“光谱密钥”，为安全无线光通信提供了一种硬件-软件协同设计路径。

双窄带有机光电探测器的光电性能。  通讯员 受访单位 供图

研究团队引入法布里-佩罗谐振腔，通过精确调控谐振腔厚度，实现特定波长选择性吸收，从而在无需外置滤光片的情况下实现双窄带探测。

所研制的器件能够在零偏压下工作，在485纳米可见光和910纳米近红外波段形成两个窄带响应峰，半峰宽分别为23纳米和25纳米。器件在910纳米波段的最快响应时间达到440纳秒，线性动态范围超过140分贝，并具有较强的带外光谱抑制能力。

此外，器件在空气中稳定超过一个月，光电流仍保持稳定，体现出良好的工作稳定性。与宽带光电探测器相比，该器件能够直接从接收端筛选目标光谱成分，降低环境光和非目标波段信号产生的噪声，为高信噪比的无线光通信提供硬件基础。在此基础上，研究团队构建了可见光-近红外双波段加密无线光通信系统。系统将数据调制后分解为两个波段信号，需同时接收两波段才能恢复完整数据。

实验中，该系统成功传输了600×600像素的彩色图像。在20 kbps传输速率下，重建图像的误码率低至2.06×10-5，结构相似度达到0.9998。在1.25 Mbps传输速率下，910纳米波段和485纳米波段的误码率分别为9.17×10-5和1.78×10-3，均低于硬判决前向纠错阈值，验证了该器件用于兆比特每秒级无线光通信的可行性。

双窄带无线光通信系统的防窃听演示。  通讯员 受访单位 供图

为验证系统的防窃听能力，研究团队模拟了其中一个光学波段被分光截获的情况。由于窃听者只能获得部分加密信号，其重建图像出现明显的信息缺失和颜色失真，结构相似度仅为0.11，难以从单一波段中恢复有效信息。

研究团队进一步通过周期性检测序列判断信号是否被截获，发射端据此补偿信号强度。研究表明，经过发射端补偿后，合法接收端重建图像的结构相似度恢复至0.99，在提高光信号截获难度的同时维持了正常通信质量。

双窄带光电探测器的抗干扰通信与成像实验。  通讯员 受访单位 供图

除了防窃听能力外，该器件还表现出较强的环境光抗干扰性能。研究团队使用白光LED模拟复杂环境中的宽带光噪声，并分别采用双窄带光电探测器和无谐振腔的宽带光电探测器接收910纳米波段信号。与宽带器件相比，双窄带器件接收图像的像素强度失真降低约42%，均方误差降低约54%。在强白光照射下，宽带器件输出信号出现明显失真，而双窄带器件接收的信号仍保持稳定。

研究团队还构建了基于910纳米响应波段的单像素扫描成像系统，成功重建出“TSINGHUA”图案。在目标波长照明下，透光区域产生的光电流约为遮挡区域的1000倍，获得了高对比度的近红外图像，展示了该器件在抗干扰成像和光谱选择性探测中的应用潜力。

该技术同时具有良好的光谱可调性，通过调整材料与结构，响应波长可扩展至1215纳米，并在1064纳米波段也实现了清晰通信，验证了该方案向长波长通信拓展的可行性。

研究成果以“用于安全无线光通信的数字编码双窄带光电探测器”为题发表于国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。

南方+记者孙颖 通讯员/韦国丹课题组   叶思佳