北京理工大学柔性电子器件与智造研究所沈国震教授团队研制了一种以二维钙钛矿柔性光电探测器作为调制光接收器的光无线通信系统。团队利用电荷收集窄化原理设计了具有双波段响应特性的二维Ruddlesden-Popper钙钛矿柔性光电探测器，并将其用于信息加密领域，所研制光通信系统成功实现了可见光定位和双向信息传输，为下一代柔性光通信设备的发展提供了新的思路。
2025年2月13日，相关学术成果以“High-performance 2D perovskite-based flexible photodetectors for optical communication and information encryption”为题发表在MATTER期刊。
论文通讯作者是沈国震、李营；第一作者是冯凯佳。
随着无线通信系统的快速发展和移动设备的普及，光通信技术因其超高传输速率、高安全性、低误码率和低成本等优势，逐渐成为通信领域的研究热点。然而，传统光电探测器虽然技术成熟，但是其高工作电压、高成本和固有的脆性限制了其在低功耗、柔性可穿戴光电器件中的应用。二维Ruddlesden-Popper钙钛矿材料因其简单的合成方法、良好的机械柔韧性、大的光吸收系数和长的载流子寿命等特性，成为高性能柔性光电探测器的理想材料之一，另外，其独特的有机无机层交替排列的层状结构能够有效防止水氧侵蚀，具有比3D钙钛矿材料更优异的环境稳定性。
作者通过优化二维钙钛矿材料的厚度和结晶质量，利用电荷收集窄化原理成功制备出具有双波段响应特性的高稳定柔性光电探测器。该探测器在可见光范围内表现出优异的光电性能，在488nm和532nm波长处具有显著的响应峰值，最大响应度分别达到0.64A/W和1.02A/W，最大比探测率分别为2.87×10 12 Jones和4.51×10 12 Jones。此外，该探测器具有130dB的宽线性动态范围和121/154μs的快速响应时间，展现出优异的长时间运行稳定性、热稳定性和柔性稳定性。
基于该探测器的优异性能，作者提出了一种多路复用加密通信系统，利用488nm和532nm光作为独立的信息传输通道，将待传输信息编码为488nm和532nm光的混合信号，接收端可以通过特殊密钥和特殊加密规则解密真实信息，显著提高了信息传输的安全性。此外，作者设计了一种无线光通信系统，实现了车辆的实时定位和信息双向传输，并将光通信结果实时呈现在用户界面。
图1：基于二维钙钛矿光电探测器的光通信和信息加密应用。
图2：光吸收层的材料表征。
图3：光电探测器的光电性能表征。
图4：光电探测器的稳定性测试。
图5：多路复用加密通信系统。
图6：无线光通信系统实现双向传输和实时定位功能。
该研究为二维钙钛矿材料在下一代柔性光电器件中的应用开辟了新的道路，所设计的光无线通信系统有望在智能交通、室内定位、地下停车场和购物中心等场景中发挥重要作用，进一步推动光通信技术的发展。（来源：科学网）
