無線光通信可利用可見光和近紅外光傳輸信息，具有帶寬資源豐富、抗電磁干擾和空間指向性強等優勢。用光來傳輸信息，比傳統無線電更快、更安全、帶寬更大——這是無線光通信的誘人前景。但，它也有“軟肋”——寬帶探測器“來者不拒”，環境光、噪聲信號統統照單全收，不僅容易被幹擾，還存在信號被截獲的風險。

傳統方案要麼靠數字加密，要麼加外置濾光片，好比給門多上幾把鎖，導致系統越來越臃腫，增加了系統複雜度。因此，如何將光譜選擇、信息加密和抗干擾能力集成於無線光通信系統中，是亟待解決的問題。

近期，清華大學深圳國際研究生院韋國丹、付紅巖團隊聯合國內多家單位，近期在《自然·通訊》上發表成果，研發出一種“數字編碼雙窄帶有機光電探測器”，並在國際上構建了兼具防竊聽和抗干擾能力的無線光通信系統。

圖 數字編碼雙窄帶有機光電探測器的設計

該研究將器件層面的光譜選擇性與算法層面的混沌加密相結合，使光電探測器不僅承擔接收光信號的功能，還可作為通信系統中的“光譜密鑰”，為安全無線光通信提供了一種硬件-軟件協同設計路徑。

研究團隊引入法布里-佩羅諧振腔，通過精確調控諧振腔厚度，實現特定波長選擇性吸收，從而在無需外置濾光片的情況下實現雙窄帶探測。

圖 雙窄帶有機光電探測器的光電性能

所研製的器件能夠在零偏壓下工作，在485納米可見光和910納米近紅外波段形成兩個窄帶響應峯，半峯寬分別為23納米和25納米。器件在910納米波段的最快響應時間達到440納秒，線性動態範圍超過140分貝，並具有較強的帶外光譜抑制能力。

此外，器件在空氣中穩定超過一個月，光電流仍保持穩定，體現出良好的工作穩定性。與寬帶光電探測器相比，該器件能夠直接從接收端篩選目標光譜成分，降低環境光和非目標波段信號產生的噪聲，為高信噪比的無線光通信提供硬件基礎。在此基礎上，研究團隊構建了可見光-近紅外雙波段加密無線光通信系統。系統將數據調製後分解為兩個波段信號，需同時接收兩波段才能恢復完整數據。

實驗中，該系統成功傳輸了600×600像素的彩色圖像。在20 kbps傳輸速率下，重建圖像的誤碼率低至2.06×10-5，結構相似度達到0.9998。在1.25 Mbps傳輸速率下，910納米波段和485納米波段的誤碼率分別為9.17×10-5和1.78×10-3，均低於硬判決前向糾錯閾值，驗證了該器件用於兆比特每秒級無線光通信的可行性。

圖 雙窄帶無線光通信系統的防竊聽演示

為驗證系統的防竊聽能力，研究團隊模擬了其中一個光學波段被分光截獲的情況。由於竊聽者只能獲得部分加密信號，其重建圖像出現明顯的信息缺失和顏色失真，結構相似度僅為0.11，難以從單一波段中恢復有效信息。

研究團隊進一步通過週期性檢測序列判斷信號是否被截獲，發射端據此補償信號強度。研究表明，經過發射端補償後，合法接收端重建圖像的結構相似度恢復至0.99，在提高光信號截獲難度的同時維持了正常通信質量。

除了防竊聽能力外，該器件還表現出較強的環境光抗干擾性能。研究團隊使用白光LED模擬複雜環境中的寬帶光噪聲，並分別採用雙窄帶光電探測器和無諧振腔的寬帶光電探測器接收910納米波段信號。與寬帶器件相比，雙窄帶器件接收圖像的像素強度失真降低約42%，均方誤差降低約54%。在強白光照射下，寬帶器件輸出信號出現明顯失真，而雙窄帶器件接收的信號仍保持穩定。

圖 雙窄帶光電探測器的抗干擾通信與成像實驗

研究團隊還構建了基於910納米響應波段的單像素掃描成像系統，成功重建出“TSINGHUA”圖案。在目標波長照明下，透光區域產生的光電流約為遮擋區域的1000倍，獲得了高對比度的近紅外圖像，展示了該器件在抗干擾成像和光譜選擇性探測中的應用潛力。

該技術同時具有良好的光譜可調性，通過調整材料與結構，響應波長可擴展至1215納米，並在1064納米波段也實現了清晰通信，驗證了該方案向長波長通信拓展的可行性。

研究成果以“用於安全無線光通信的數字編碼雙窄帶光電探測器”(Digitally encoded dual-narrowband photodetectors for secure optical wireless communication)為題發表於國際學術期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。

論文共同第一作者為清華大學深圳國際研究生院2025屆材料與化工專業碩士畢業生葉子龍、2026屆數據科學和信息技術專業碩士畢業生黃浩宇。論文通訊作者包括清華大學深圳國際研究生院副教授韋國丹、付紅巖，教授康飛宇和香港城市大學化學系教授朱宗龍。論文作者還包括清華大學深圳國際研究生院博士後何維、伍成城，2026屆博士畢業生童愷寧，2023級博士研究生李源，2024屆碩士畢業生施可飛、李歡，2025屆碩士畢業生王欣，2025屆博士畢業生柯康輝，2024屆博士畢業生徐竹華，2026屆碩士畢業生宋麗萍、舒暢，副教授顏昊，電子科技大學趙聃副研究員和中國科學院化學研究所有機固體院重點實驗室博士後李騰飛和林禹澤研究員。此外，北京大學深圳研究生院教授孟鴻、博士研究生王月月和清華大學深圳國際研究生院副教授徐曉敏、博士研究生王澤昊對本研究提供了幫助和支持。研究工作獲得了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、深圳市科創局的支持。