通信对于人类生活来说，已经变得越来越普遍和重要，通信技术的发展和进步更是会引起我们的格外关注。光纤通信、无线通信、宽带、Wi-Fi等通信方式是我们所熟悉的，但你听过LED灯也能用来通信吗？相信大家第一次听说LED光通信时，应该和我一样，除了感觉新鲜，更多的还是惊讶和好奇。今天，咱们就去一探究竟，聆听其中的科学故事。

　　爱迪生发明白炽灯的故事几乎所有人都听说过，甚至熟悉到已经缺乏了新鲜感。不过，在白炽灯诞生的一百多年后，现在的人们则更喜欢电光源的新秀，那就是LED灯，这是我们经常听到的一个词，意思是“发光二极管灯”，它的诞生，还有一段波折的传奇故事呢。谁能想到，如今万众瞩目的新光源曾经被人们抛弃过好几次呢？

　　1907年，英国物理学家朗德在研究碳化硅晶体时，意外地发现，当电流通过碳化硅的时候，碳化硅就会发出暗淡的黄色光。

　　我们知道，爱迪生发明的钨丝灯之所以能发光，是因为电流在通过钨丝时会产生非常高的热量，温度可以达到2000摄氏度以上；钨丝处于高温的白炽状态时，就会像烧红的铁块一样发出光亮。从这里我们可以了解到，钨丝灯有两个非常严重的缺点：首先，它的能量利用率不高。发出的光只是钨丝发热时的“副产品”，大部分的电能都被热量消耗掉了；其次，高温会不断蒸发钨丝，进而导致白炽灯的寿命会很短。

　　而碳化硅发光的原理则和白炽灯完全不同：碳化硅出于某种特殊的物理结构，电子可以直接激发光线，直接跳过了“高温”这一步。敏锐的朗德立即想到了利用碳化硅作为新光源的意义，但它的光实在是太弱了，还需要进行研究。几年后，没有丝毫进展的朗德最终放弃了这项研究。

　　一晃十年过去了，20世纪20年代后期，两位德国科学家重新把这项研究翻了出来，这次他们使用的不再是碳化硅，而是锌硫化物和铜中提炼出的黄磷。和碳化硅一样，黄磷也可以在电子的激发下发出可见光，这些物质统称为“发光二极管”，也就是LED。不幸的是，两位科学家把情况想得太过乐观了，在花费了大量时间精力之后，最终他们也没有战胜这暗淡的光线。于是，LED的美丽光芒，就这样又被埋没了起来。

　　弹指一挥间，到了20世纪50年代，随着时代的发展和科技的进步，各大科技公司纷纷投身到了LED灯的研究中。经过许多人的不懈努力，终于在1962年8月8日，人类开发出了世界上第一种可实用的红光LED；又过了10年，人类又制造出了第一个黄光LED，而且这个时候的LED灯的亮度被提高了10倍左右。

　　大家或许已经注意到了，LED灯，根据材质的不同，只能发出单色的光。砷化镓二极管能发出红光，碳化硅二极管能发出黄光，后来人们又发现磷化镓二极管能够发出绿光，但人类最需要的，是白光。想要合成白光，仅靠红光、黄光、绿光是不够的，人们还需要蓝光。

　　寻找蓝光LED的道路是崎岖的，也是漫长的。历经30多年的研究，科学家终于在1994年，制造出了亮度很高的蓝光LED灯。由此，给人类带来了白光LED灯，它最大的优点是发光效率高，一个白炽灯电能转化为光能的转化率只有10%左右，而LED灯可以达到60%，利用率比节能灯还高；另外，它寿命长达10万个小时，可以使用10年以上，而白炽灯的寿命只有1000小时左右。

　　目前，LED灯早就已经广泛渗入到我们的生活中。从手电筒上小巧明亮的LED灯，到街头的红绿灯，再到液晶电视机采用的、更加明亮鲜艳的背光LED灯，我们无时不刻在享受着前人智慧的成果。

　　听过LED灯的发展故事之后，很多人应该都没想过LED灯的研制竟然会如此曲折，接下来，咱们就再回到节目开始时提到的LED灯通信技术，听听LED灯为什么可以具有通信功能？

　　首先，我们要知道，LED灯和白炽灯、节能灯不一样，LED属于半导体照明器件，它的内部结构、材料和制作机理等等都和传统灯具不同，具有比较快的响应速度。如果把LED的响应速度换算成带宽的话，大概能够达到10兆赫兹。也就是说，在这种高响应速度和高带宽的条件下，只要将LED灯与信息源相连，就能使LED灯在发光的同时，将信息传输到相应空间。

　　另外，据科学家介绍，在光纤通信中，光纤就像一根管道，信息就在这个管道里进行传输；而室内的LED照明，信息则可以来源于光纤、某个无线基站、电话线或者电力线通信等方面，这些信息进入房间里的LED灯上后，LED灯就会把信息实时加载到照明光上进行信息传输。

　　灯光在空气中传输类似于光纤通信中信息在光纤中传输，而要想知道光是否载有信息，只需要观察光的明暗变化就可以了，但前提要保证这种变化不会影响正常的照明。当传输的信息量比较大、速度非常快的时候，人眼不会感觉到明暗变化，但探测器能够分辨出来。

　　但是，光线是散乱、多方向的，在光源和探测器之间可能存在许多条不同的光路，探测器是否都能探测到呢？

　　对于这个问题，我国无线光电通信专家徐正元教授解释说，根据照明的需求，LED光的发散角度可以达到60°到120°不等。对于照明来说，不同地点、不同角落对灯的照度要求也不一样，但探测器的大小却是有限的，所以需要一个透镜系统，将光线聚集到探测器上。这和利用放大镜将太阳光聚集到一个点上，就能点燃树叶，是类似的道理。光学透镜系统就好像是放大镜，它能把LED发散的光汇集到探测器上，探测器再将光信号转换成电信号，进行后续的信号处理或信息提取。

　　此外，徐正元还表示，LED通信不需要光纤传输的拉线、布网等繁琐环节，只要在LED照明范围内的自由空间都可以实现无线数据通信。不仅方便快捷，而且应用前景也非常广泛。

　　在他看来，LED可见光通信能很好地解决全球无线频谱资源严重短缺的状况，而且它的覆盖范围相当广泛，如果研发顺利，或许以后有LED的地方就会有通信，全面实现LED的信息化。

　　在应用方面，LED通信能够对填补无线通信的覆盖盲区，在医院、机舱、矿井等无线受限场合，或者是在地铁、隧道、水下等无线信号衰减很大的环境下所使用LED光源进行通信，将会是很好的选择，而在室内照明环境下通过LED灯进行高速网络接入的应用前景也很乐观。

　　众所周知，为防止引起瓦斯爆炸，在矿井下工作的人员是不允许通电话的，要想传递信息只能跑到特定的区域，用专门的电话通信，而如果一旦发生矿难，矿道封闭，井下与井外的通信必定会中断。徐正元表示，如果矿工头盔上装配的是LED灯，就能实现彼此间的通讯，或者通过隧道两侧照明灯内特定发射和探测装置，也能实现与井外的通信。

　　在这一应用领域，徐正元表示说：“LED通信技术除了简单的通信联络功能之外，还能对矿工所处的位置进行定位和反馈，遇到矿难等突发状况，外界还能第一时间获知矿工在井下的具体位置，对加快救援速度起到重要的作用，能有效保证矿工的生命安全。”

　　由此可知，除了在家庭、特殊环境下运用外，LED通信还可以在大型复杂场所、建筑物内等环境，实现掌上移动终端的定位和导航。在这些环境内，每一盏小小的LED灯就如同一个个小卫星，可以作为提供定位信息的位置传感器。比如消费者如果在商场内找不到需要的货物，可以通过手上的终端接收“小卫星”发布的信息，锁定商品位置，同时还能将最新商品和折扣信息传给消费者，极大地方便了顾客购物。

　　其实，早在上个世纪70年代，科学界就开始对可见光通信进行相关的研究，而且，随着半导体照明技术的快速发展，可见光通信技术的研究也会越来越深入。在徐正元看来，LED通信绿色节能，安全环保，抗电磁干扰的能力有很强，同时可以利用已有照明基础设施，减少了专门铺设的成本，所以，作为一种新型无线通信手段，泛在性、广覆盖性等优势为LED通信的发展提供了无限可能的空间。