We experimentally demonstrate an underwater wireless optical communications (UWOC) employing 450-nm TO-9 packaged and fiber-pigtailed laser diode (LD) directly encoded with an orthogonal frequency division multiplexed quadrature amplitude modulation (QAM-OFDM) data. A record data rate of up to 4.8 Gbit/s over 5.4-m transmission distance is achieved. By encoding the full 1.2-GHz bandwidth of the 450-nm LD with a 16-QAM-OFDM data, an error vector magnitude (EVM) of 16.5%, a signal-to-noise ratio (SNR) of 15.63 dB and a bit error rate (BER) of 2.6 × 10(-3), well pass the forward error correction (FEC) criterion, were obtained.

White light generation by mixing red, green, and blue laser diodes (RGB LDs) was demonstrated with Commission International de l'Eclairage coordinates of (0.2928, 0.2981), a correlated color temperature of 8382 K, and a color rendering index of 54.4 to provide a maximal illuminance of 7540 lux. All the white lights generated using RGB LDs were set within the risk group-1 criterion to avoid the blue-light hazard to human eyes. In addition, the RGB-LD mixed white light was diffused using a frosted glass to avoid optical aberration and to improve the performance of the lighting source. In addition, visible light communication (VLC) by using RGB-LD mixed white-light carriers and a point-to-point scheme over 1 m was performed in the directly modulated 16-QAM OFDM data format. In back-to-back transmission, the maximal allowable data rate at 10.8, 10.4, and 8 Gbps was determined for R, G, and B LDs, respectively. Moreover, the RGB-LD mixed white light-based indoor wavelength-division multiplexing (WDM)-VLC system yielded a total allowable transmission data rate of 8.8 Gbps over 0.5 m in free space. Such a high-speed RGB-LD mixed WDM-VLC system without any channel interference can be used to simultaneously provide data transmission and white lighting in an indoor environment.

A TO-38-can packaged Gallium nitride (GaN) blue laser diode (LD) based free-space visible light communication (VLC) with 64-quadrature amplitude modulation (QAM) and 32-subcarrier orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) transmission at 9 Gbps is preliminarily demonstrated over a 5-m free-space link. The 3-dB analog modulation bandwidth of the TO-38-can packaged GaN blue LD biased at 65 mA and controlled at 25°C is only 900 MHz, which can be extended to 1.5 GHz for OFDM encoding after throughput intensity optimization. When delivering the 4-Gbps 16-QAM OFDM data within 1-GHz bandwidth, the error vector magnitude (EVM), signal-to-noise ratio (SNR) and bit-error-rate (BER) of the received data are observed as 8.4%, 22.4 dB and 3.5 × 10(-8), respectively. By increasing the encoded bandwidth to 1.5 GHz, the TO-38-can packaged GaN blue LD enlarges its transmission capacity to 6 Gbps but degrades its transmitted BER to 1.7 × 10(-3). The same transmission capacity of 6 Gbps can also be achieved with a BER of 1 × 10(-6) by encoding 64-QAM OFDM data within 1-GHz bandwidth. Using the 1.5-GHz full bandwidth of the TO-38-can packaged GaN blue LD provides the 64-QAM OFDM transmission up to 9 Gbps, which successfully delivers data with an EVM of 5.1%, an SNR of 22 dB and a BER of 3.6 × 10(-3) passed the forward error correction (FEC) criterion.

Abstract To enable high-speed underwater wireless optical communication (UWOC) in tap-water and seawater environments over long distances, a 450-nm blue GaN laser diode (LD) directly modulated by pre-leveled 16-quadrature amplitude modulation (QAM) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) data was employed to implement its maximal transmission capacity of up to 10 Gbps. The proposed UWOC in tap water provided a maximal allowable communication bit rate increase from 5.2 to 12.4 Gbps with the corresponding underwater transmission distance significantly reduced from 10.2 to 1.7 m, exhibiting a bit rate/distance decaying slope of −0.847 Gbps/m. When conducting the same type of UWOC in seawater, light scattering induced by impurities attenuated the blue laser power, thereby degrading the transmission with a slightly higher decay ratio of 0.941 Gbps/m. The blue LD based UWOC enables a 16-QAM OFDM bit rate of up to 7.2 Gbps for transmission in seawater more than 6.8 m.

Mechanically triturated n- and p-type Bi2Te3 nanoparticles, the nanoscale topological insulators (TIs), are employed as nonlinear saturable absorbers to passively mode-lock the erbium-doped fiber lasers (EDFLs) for sub-400 fs pulse generations. A novel method is proposed to enable the control on the self-amplitude modulation (SAM) of TI by adjusting its dopant type. The dopant type of TI only shifts the Fermi level without changing its energy bandgap, that the n- and p-type Bi2Te3 nanoparticles have shown the broadband saturable absorption at 800 and 1570 nm. In addition, both the complicated pulse shortening procedure and the competition between hybrid mode-locking mechanisms in the Bi2Te3 nanoparticle mode-locked EDFL system have been elucidated. The p-type Bi2Te3 with its lower effective Fermi level results in more capacity for excited carriers than the n-type Bi2Te3, which shortens the pulse width by enlarging the SAM depth. However, the strong self-phase modulation occurs with reduced linear loss and highly nonsaturated absorption, which dominates the pulse shortening mechanism in the passively mode-locked EDFL to deliver comparable pulse widths of 400 and 385 fs with n- and p-type Bi2Te3 nanoparticles, respectively. The first- and second-order Kelly sidebands under soliton mode-locking regime are also observed at offset frequencies of 1.31 and 1.94 THz, respectively.

We propose a novel method to mitigate the power fading effect in a V-band fiber-wireless 3x3 MIMO system. The proposed scheme can realize the 114.71-Gbps RoFMF system with 1.7-m FMF and 3-m wireless transmission.