紫外光通信系統一般是由發射系統和接收系統組成，其中發射系統將信號源產生的原始電信號轉換成適合在信道中傳輸的信號，接收系統從信號中接收并恢復出相應的原始信號。紫外光通信源于光無線通信技術或稱自由空間光通信（FSO，Free Space Optical Communication），是一種寬帶接入方式，是光通信和無線通信結合的產物。光無線通信技術，利用光束信號通過大氣空間，這種技術的接入系統在組成結構上與光線傳送系統類似。

紫外光通信與光通信技術結構大致相同，原理是基于兩個相互關聯的物理現象，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，利用到達地面的日盲區紫外輻射在海平面幾乎衰減至零；另一現象是地球表面的日盲區紫外光被大氣強烈散射。由于日盲區的存在，為200nm-280nm波段的紫外光通信系統提供了通信條件。與此同時，由于紫外光的散射作用，使能量傳輸方向可發生改變，便奠定了通信基礎，利用大氣散射和吸收的原理實現了紫外光通信技術。

紫外光通信以日盲區的光譜為載波，發生端口由信源、調制驅動、指定紫外光源組成，將發射端的信號調制并加載在該紫外光載波上發送出去，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。

當前紫外光通信系統從通信方式來說，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規律衰減，與距離的平方成反比的規律。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生的電磁場使大氣中的粒子所帶的電荷產生振蕩，振蕩的電荷產生了電偶極子，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，這種波長的光線被大氣分子和懸浮顆粒吸收，強度指數衰減，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，白天夜間都無法發現，因此無法探測到鏈路位置，不存在監聽的可能性，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生振蕩，形成固定的相位關系，并由接收端接收。因此，紫外線可執行非視距通信，適應復雜的地形環境，克服了其他自由空間光通信系統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。

在復雜環境中，當無線通信、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揮作用。

紫外光通信的技術突破

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注，在無遮擋時紫外線直射人體會造成傷害。但由于研發出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。紫外光通信系統還在持續研發中，雖然無法進行大面積商用。但由于其技術優勢明顯，其劣勢正在被技術的進步所抵消，具有廣泛應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于紫外光通信的研究，1964年 G.L.Harvey做了關于紫外光通信關鍵技術的研究，1967年 J.A.Sanderson 將其應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，已裝備部隊，該系統通信速率提高到4.8Kbit/s，誤碼率達到10-6。該系統不易被探測和接收，適用于多種近距離抗干擾通信環境，尤其適用于特別行動和低裂度沖突，可滿足戰術通信要求。

2002年SET公司生產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米的范圍內通信速率為200bit/s。

2007年，美國國防部高科技計劃規劃局就開始資助深紫外波段雪崩二極管的研發，要求其響應波段峰值為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日將研究成果發表于《應用物理快報》。東北大學先進材料多學科研究所副教授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場上使用紫外線光通信，通過其技術使敵方無法檢測到被保密的鏈路。這項由美國陸軍作戰能力發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水平，生產廠商并不多，行業普遍認為UVB/UVC世界領軍企業是美國的SETi，其次是韓國的LGIT和首爾半導體，以及Lumileds和Osram。中國涉足紫外芯片領域的廠商，主要是臺灣公司，例如光宏、聯勝以及國內的至芯半導體。由于技術難度大，許多欲進入這一領域的企業望而卻步。

至芯半導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現，深紫外芯片可以做到比傳統的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的功率和速度。

由此可見，紫外線通信系統作為新型通信手段，將為人們提供一種新的寬帶接入技術，利用光譜來突破帶寬接入的瓶頸。隨著高速本地網絡互聯需求不斷的增大，對于不同的場合和不同的用戶需求，通過合理的配置系統來實現紫外光通信應用將加速實現。目前許多技術已在研發中，并在軍事、娛樂、生活中的場景領域進行測試應用。

（來源：至芯半導體）