Colloidal PbS quantum dots for visible-to-near-infrared converted optical communication link

The advent of the optical Internet-of-Things (IoT) for sixth-generation (6G) networks is expected to ease bandwidth congestion in the traditional radio frequency (RF) communications, as well as handling the growing number of smart devices. Among the numerous device advancements considered as necessary to improve innovation, we propose a non-disruptive to human eye high-speed optical communication link based on visible-to-near-infrared (NIR) color-conversion by luminescent lead sulfide quantum dots (PbS QDs). The solution-processed PbS QDs exhibit great absorbance in the visible spectrum, a radiative recombination lifetime of 6.4 us, and a high photoluminescence quantum yield (PLQY) of up to 88 %. By this proof-of-concept demonstration, which uses an orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) methodology, a visible-to-NIR converted optical communication channel can be obtained with a data rate of 0.27 Mbit/s. Moreover, we see potential applications of the proposed idea in future indoor optical-IoT systems, where subsequently the PbS-integrated transceivers will support remote access control of multiple nodes. We also believe that our findings will be useful in the future design of solution-processable PbS QDs-integrated luminous fibers, concentrators, and waveguides for high-speed optical receivers.

Si prevede che l'avvento dell'Internet-of-Things (IoT) ottico per le reti di sesta generazione (6G) non solo aiuterà a ridurre la congestione della larghezza di banda nelle tradizionali comunicazioni a radiofrequenza (RF), ma anche a gestire il numero crescente di dispositivi smart connessi alla rete. Tra i numerosi progressi fatti sinora, vogliamo proporre con questa tesi una connessione ottica ad alta velocità, non dannosa per l'occhio umano, e basata su Quantum Dot di solfuro di piombo luminescenti (PbS QD) a conversione di colore dal visibile al vicino infrarosso (NIR). Pbs QD si dimostrano particolarmente efficaci in quanto rivelano una grande assorbanza nello spettro visibile, una durata di ricombinazione radiativa di 6.4 us e un'elevata resa quantistica di fotoluminescenza (PLQY) fino all'88 %. Con l’impiego di questi nuovi dispositivi smart, che sfruttano la tecnica OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), è possibile ottenere una conversione della comunicazione ottica dal visibile al NIR ad una velocità di trasmissione dati di 0,27 Mbit/s. La diretta applicazione del sistema fin qui descritto trova spazio nello sviluppo dei futuri sistemi IoT ottici per interni, dove i ricetrasmettitori integrati con PbS supporteranno il controllo dell'accesso remoto di nodi multipli. Pertanto, riteniamo che i nostri risultati saranno utili nella progettazione futura di fibre luminose integrati in PbS QD, di concentratori e guide d'onda per ricevitori ottici ad alta velocità.