本发明涉及可见光通信、智能照明以及显示技术领域，尤其涉及一种可见光无线双工通信装置。
背景技术：
可见光通信(visiblelightcommunication，vlc)是在发光二极管(lightemittingdiode，led)等技术上发展起来的一种新型、短距离、高速的无线通信技术。它以led作为光源，以大气或水作为传授媒介，通过发出肉眼察觉不到的、高速明暗闪烁的可见光信号来传输信息，在接收端利用光电二极管(photodiode，pd)完成光电转换，然后进行电信号的接收、再生、解调来实现信息的传递。与传统无线射频通信技术相比，vlc具有：耗能低、购置设备少等优势，符合国家节能减排战略；无电磁污染，可见光波段和射频信号不相互干扰，对人眼安全，频谱无需授权即可使用的优点；同时，适合信息安全领域使用，只要遮挡住可见光，vlc通信网络中的信息就不会外泄，具有高度保密性。基于上述原因，可见光通信被公认为最具发展前景的通信技术，已成为国内外的研究热点。
目前，现有的多媒体信号通信装置，先将多媒体信号发射端中待传输的多媒体模拟信号转换为数字信号，然后将数字信号通过导线或者无线网络的方式传输至多媒体信号接收端，最后所述多媒体信号接收端将接收到的数字信号转换为模拟信号后播放。但是，通过电子或者无线电波的方式传输多媒体信号，不仅传输效率低，而且传输稳定性较差；而且无线电波的传输方式网络依赖性较强，适用环境有限。
因此，如何提高多媒体信号的传输效率，确保传输过程的稳定性，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种可见光无线双工通信装置，用以解决现有的多媒体信号传输效率低、传输过程稳定性较差的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种可见光无线双工通信装置，包括：第一收发模块、第二收发模块和光通信模块；所述第一收发模块和所述第二收发模块均用于接收和发送多媒体信号；
所述光通信模块，包括第一量子阱二极管器件和第二量子阱二极管器件；
所述第一量子阱二极管器件连接所述第一收发模块，所述第二量子阱二极管器件连接所述第二收发模块；所述光通信模块用于采用光传输的形式实现所述第一收发模块与所述第二收发模块之间多媒体信号的无线双工通信。
优选的，所述第一收发模块包括第一发射单元和第一接收单元；
所述第一发射单元将预发射的第一多媒体信号加载至所述第一量子阱二极管器件，并调制所述第一量子阱二极管器件发出第一调制光；所述第二量子阱二极管器件探测所述第一调制光，并将所述第一调制光转换为第一电信号后传输至所述第二收发模块。
优选的，所述第二收发模块包括第二发射单元和第二接收单元；所述第二接收单元用于接收所述第二量子阱二极管器件传输的电信号；
所述第二发射单元将预发射的第二多媒体信号加载至所述第二量子阱二极管器件，并调制所述第二量子阱二极管器件发出第二调制光；所述第一量子阱二极管器件探测所述第二调制光，并将所述第二调制光转换为第二电信号后传输至所述第一接收单元。
优选的，所述第一接收单元包括第一滤波器和第一放大器；所述第一滤波器用于从所述第一量子阱二极管器件传输的电信号中提取所述第二电信号；所述第一放大器，连接所述第一滤波器，用于对经所述第一滤波器提取的第二电信号进行放大。
优选的，所述第一发射单元还用于向所述第一量子阱二极管器件传输第一发光驱动信号，以驱动所述第一量子阱二极管器件在探测所述第二调制光的同时发光；
所述第一滤波器用于滤除所述第一发光驱动信号，以提取所述第二电信号。
优选的，所述第二接收单元包括第二滤波器和第二放大器；所述第二滤波器用于从所述第二量子阱二极管器件传输的电信号中提取所述第一电信号；所述第二放大器，连接所述第二滤波器，用于对经所述第二滤波器提取的第一电信号进行放大。
优选的，所述第二发射单元还用于向所述第二量子阱二极管器件传输第二发光驱动信号，以驱动所述第二量子阱二极管器件在探测所述第一调制光的同时发光；
所述第二滤波器用于滤除所述第二发光驱动信号，以提取所述第一电信号。
优选的，所述第一量子阱二极管器件与所述第二量子阱二极管器件均具有p-n结量子阱结构；
所述p-n结量子阱结构包括n-gan层、ingan/gan量子阱层、p-gan层、p-电极和n-电极，且所述ingan/gan量子阱层设置于所述n-gan层与所述p-gan层之间；
所述n-gan层表面具有台阶状结构，所述台阶状结构包括第一台面和第二台面，所述第二台面凸设于所述第一台面表面；n-电极设置于所述第一台面表面，所述ingan/gan量子阱层、所述p-gan层、p-电极从下至上依次叠置在所述第二台面表面。
优选的，所述第一量子阱二极管器件和所述第二量子阱二极管器件均还包括硅衬底、以及设置于所述硅衬底表面的缓冲层，所述p-n结量子阱结构形成于所述缓冲层表面。
优选的，所述第一量子阱二极管器件和所述第二量子阱二极管器件均还包括贯穿所述硅衬底、所述缓冲层至所述n-gan层底面的空腔，所述p-n结量子阱结构悬于所述空腔上方。
本发明提供的可见光无线双工通信装置，通过第一收发模块、第二收发模块与光通信模块之间的相互配合，并利用量子阱二极管器件具有发光和探测共存的物理性质，将多媒体信号的传输方式由传统的电子传输或者无线电波传输改为光子传输，由于光子传输过程稳定、并行能力强、能耗低，因此显著提高了多媒体信号传输的效率；同时，实现了多媒体信号在第一收发模块与第二收发模块之间的双工传输，扩展了可见光双工通信装置的功能，增大了可见光双工通信装置的应用领域；另外，本发明的光传输过程不需要借助于光波导，简化了可见光无线双工通信装置的整体结构，也避免了传输过程中光信号的损耗，提高了光传输的质量。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中可见光无线双工通信装置的结构框图；
附图2是本发明具体实施方式中可见光无线双工通信装置的结构示意图；
附图3是本发明具体实施方式中第一接收单元的电路结构示意图；
附图4是本发明具体实施方式中第一量子阱二极管器件的俯视结构示意图；
附图5是本发明具体实施方式中第一量子阱二极管器件的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的可见光无线双工通信装置的具体实施方式做详细说明。
本具体实施方式提供了一种可见光无线双工通信装置，附图1是本发明具体实施方式中可见光无线双工通信装置的结构框图，附图2是本发明具体实施方式中可见光无线双工通信装置的结构示意图。
如图1、2所示，本具体实施方式提供的可见光无线双工通信装置，包括：第一收发模块11、第二收发模块12和光通信模块13；所述第一收发模块11和所述第二收发模块12均用于接收和发送多媒体信号。本具体实施方式中的多媒体信号可以是但不限于视频信号和/或音频信号。所述第一收发模块11与所述第二收发模块12既能够作为多媒体信号的发送端，也能够作为多媒体信号的接收端。
所述光通信模块13，包括第一量子阱二极管器件131和第二量子阱二极管器件132；所述第一量子阱二极管器件131连接所述第一收发模块11，所述第二量子阱二极管器件132连接所述第二收发模块132；所述光通信模块13用于采用光传输的形式实现所述第一收发模块11与所述第二收发模块12之间多媒体信号的无线双工通信。
通过所述光通信模块13的设置，利用量子阱二极管器件具有发光和探测共存的物理现象，将所述第一收发模块11与所述第二收发模块12之间的数据传输方式由电子传输改为光子传输，利用光子传输过程稳定、并行能力强、纠错设计相对简单的特点，极大的提高了所述第一收发模块11与所述第二收发模块12之间的数据传输效率；同时，光子传输和数据转换过程所需要的能量较低，从而有效减少了所述可见光无线双工通信装置的整体功耗。另外，本具体实施方式提供的光通信模块13中，所述第一量子阱二极管器件131与所述第二量子阱二极管器件132之间以无线的方式进行光信号的传输，与借助光波导进行光信号传输的方式不同：通过光波导在两个量子阱二极管器件之间传输光信号时，两个量子阱二极管器件与光波导需集成于同一载体上构成芯片结构，量子阱二极管器件中的光电流主要存在于pn结中；本具体实施方式采用无线的方式实现所述第一量子阱二极管器件131与所述第二量子阱二极管器件132之间光信号的传导，无需复杂的同质集成技术，且光电流存在于所述第一量子阱二极管器件131或所述第二量子阱二极管器件132的本体中，提高了光信号的传输效率以及稳定性，且简化了光通信模块的生产成本。其中，所述本体包括量子阱二极管器件中的p型半导体、n型半导体以及pn结。
同时，本具体实施方式提供的可见光无线双工通信装置可以三种工作模式工作进行工作：第一种工作模式下，仅所述第一收发模块11通过所述光通信模块13以可见光的形式无线的向所述第二收发模块12传输多媒体信号；第二种工作模式下，仅所述第二收发模块12通过所述光通信模块13以可见光的形式无线的向所述第一收发模块11传输多媒体信号；第三种工作模式下，所述第一收发模块11通过所述光通信模块13以可见光的形式无线的向所述第二收发模块12传输多媒体信号，同时，所述第二收发模块12通过所述光通信模块13以可见光的形式无线的向所述第一收发模块11传输多媒体信号，实现全双工无线通信。从而扩展了可见光无线双工通信装置的功能，增大了可见光无线双工通信装置的应用领域。
为了简化所述可见光无线双工通信装置的整体结构，优选的，所述第一收发模块11包括第一发射单元111和第一接收单元112；所述第一发射单元111将预发射的第一多媒体信号211加载至所述第一量子阱二极管器件131，并调制所述第一量子阱二极管器件131发出第一调制光；所述第二量子阱二极管器件132探测所述第一调制光，并将所述第一调制光转换为第一电信号后传输至所述第二收发模块12。
图2中的实线箭头表示所述第一多媒体信号211的传输过程。具体来说，如图2所示，所述第一发射单元111包括第一电源212和第一调制器213。所述第一电源212与所述第一多媒体信号211均加载至所述第一调制器213；所述第一调制器213根据加载的电源信号和所述第一多媒体信号211调制所述第一量子阱二极管器件131发出第一调制光，此时，所述第一调制光中包含有所述第一多媒体信号211的信息，即实现了所述第一多媒体信号211由电信号向光信号的转换。所述第二量子阱二极管器件132在发光的同时探测、感知所述第一调制光，将所述第一调制光转换为第一电信号，即实现从光信号到电信号的转换；之后，所述第二量子阱二极管器件132再将所述第一电信号传输至所述第二收发模块12。其中，所述第一电源212为直流电源(directpower，dcpower)。所述第一调制器213可以为一t型偏置器(bias-t)，且所述t型偏置器的结构与现有t型偏置器的结构相同，在此不再赘述。
更优选的，所述第二收发模块12包括第二发射单元121和第二接收单元122；所述第二接收单元122用于接收所述第二量子阱二极管器件132传输的电信号；所述第二发射单元121将预发射的第二多媒体信号231加载至所述第二量子阱二极管器件132，并调制所述第二量子阱二极管器件132发出第二调制光；所述第一量子阱二极管器件131探测所述第二调制光，并将所述第二调制光转换为第二电信号后传输至所述第一接收单元112。
图2中的虚线箭头表示所述第二多媒体信号231的传输过程。具体来说，如图2所示，所述第二发射单元121包括第二电源232和第二调制器233。所述第二电源232与所述第二多媒体信号231均加载至所述第二调制器233；所述第二调制器233根据加载的电源信号和所述第二多媒体信号231调制所述第二量子阱二极管器件132发出第二调制光，此时，所述第二调制光中包含有所述第二多媒体信号231的信息，即实现了所述第二多媒体信号231由电信号向光信号的转换。所述第一量子阱二极管器件131在发光的同时探测、感知所述第二调制光，将所述第二调制光转换为第二电信号，即实现从光信号到电信号的转换；之后，所述第一量子阱二极管器件131再将所述第二电信号传输至所述第一接收单元112。其中，所述第二电源232为直流电源(directpower，dcpower)。所述第二调制器233可以为一t型偏置器(bias-t)，且所述t型偏置器的结构与现有t型偏置器的结构相同，在此不再赘述。
为了进一步提高多媒体信号传输的稳定性，优选的，所述第一接收单元112包括第一滤波器221和第一放大器222；所述第一滤波器221用于从所述第一量子阱二极管器件131传输的电信号中提取所述第二电信号；所述第一放大器222，连接所述第一滤波器221，用于对经所述第一滤波器221提取的第二电信号进行放大。更优选的，所述第一发射单元111还用于向所述第一量子阱二极管器件131传输第一发光驱动信号，以驱动所述第一量子阱二极管器件131在探测所述第二调制光的同时发光；所述第一滤波器221用于滤除所述第一发光驱动信号，以提取所述第二电信号。
附图3是本发明具体实施方式中第一接收单元的电路结构示意图。举例来说：如图3所示，所述第一滤波器221为高通滤波器；所述第一放大器222包括第一级放大器31、第二级放大器32和第三级放大器33。如图3所示，由第一电容器c1与第二电阻r1共同构成所述第一滤波器221，以滤除低频信号，这是因为，用于驱动所述第一量子阱二极管器件131发光的所述第一发光驱动信号为低频信号，而自所述第二调制光信号转化而来的第二电信号为高频信号，通过设置合适的过滤信号阈值，能够有效的滤除所述第一发光驱动信号。所述第一放大器222对经所述第一滤波器221过滤后得到的第二电信号进行多级放大后输出。其中，所述第一放大器222放大的具体倍数，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，本具体实施方式对此不作限定。
优选的，所述第二接收单元122包括第二滤波器241和第二放大器242；所述第二滤波器241用于从所述第二量子阱二极管器件132传输的电信号中提取所述第一电信号；所述第二放大器242，连接所述第二滤波器241，用于对经所述第二滤波器242提取的第一电信号进行放大。更优选的，所述第二发射单元121还用于向所述第二量子阱二极管器件132传输第二发光驱动信号，以驱动所述第二量子阱二极管器件132在探测所述第一调制光的同时发光；所述第二滤波器241用于滤除所述第二发光驱动信号，以提取所述第一电信号。其中，所述第二滤波器241、所述第二放大器242的结构可以分别与所述第一滤波器221、所述第一放大器222相同，具体也可以参见图3。
附图4是本发明具体实施方式中第一量子阱二极管器件的俯视结构示意图，附图5是本发明具体实施方式中第一量子阱二极管器件的截面示意图。为了提高量子阱二极管器件光探测与光电转换的效率，优选的，如图4、5所示，所述第一量子阱二极管器件131与所述第二量子阱二极管器件132均具有p-n结量子阱结构；所述p-n结量子阱结构包括n-gan层41、ingan/gan量子阱层51、p-gan层43、p-电极44和n-电极42，且所述ingan/gan量子阱层51设置于所述n-gan层41与所述p-gan层43之间；所述n-gan层41表面具有台阶状结构，所述台阶状结构包括第一台面和第二台面，所述第二台面凸设于所述第一台面表面；n-电极42设置于所述第一台面表面，所述ingan/gan量子阱层51、所述p-gan层43、p-电极44从下至上依次叠置在所述第二台面表面。
优选的，所述第一量子阱二极管器件131和所述第二量子阱二极管器件132均还包括硅衬底52、以及设置于所述硅衬底52表面的缓冲层53，所述p-n结量子阱结构形成于所述缓冲层53表面。
优选的，所述第一量子阱二极管器件131和所述第二量子阱二极管器件132均还包括贯穿所述硅衬底52、所述缓冲层53至所述n-gan层41底面的空腔，所述p-n结量子阱结构悬于所述空腔上方。更优选的，所述n-电极42与所述p-电极44均为ni/au电极。
本具体实施方式提供的可见光无线双工通信装置，通过第一收发模块、第二收发模块与光通信模块之间的相互配合，并利用量子阱二极管器件具有发光和探测共存的物理性质，将多媒体信号的传输方式由传统的电子传输或者无线电波传输改为光子传输，由于光子传输过程稳定、并行能力强、能耗低，因此显著提高了多媒体信号传输的效率；同时，实现了多媒体信号在第一收发模块与第二收发模块之间的双工传输，扩展了可见光双工通信装置的功能，增大了可见光双工通信装置的应用领域；另外，本发明的光传输过程不需要借助于光波导，简化了可见光无线双工通信装置的整体结构，也避免了传输过程中光信号的损耗，提高了光传输的质量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。