光通信
光通信では、変調された単色光のビームを使用して、送信機から受信機に情報を伝送します。光スペクトルは、10テラヘルツ（10 4ギガヘルツ）の領域から100万テラヘルツ（10 9ギガヘルツ）。この周波数範囲は、基本的に遠赤外線（0.3 mm波長）からすべての可視光、近紫外線（0.0003マイクロメートル波長）までのスペクトルをカバーしています。このような高い周波数で伝播する光波長は、当然、高速ブロードバンド通信に適しています。たとえば、300テラヘルツの近赤外線周波数での光搬送波の振幅変調により、1％程度の振幅変調では、利用可能な最高の同軸ケーブル帯域幅を1,000倍以上超える伝送帯域幅が得られます。
遠距離の高速通信用の光メディアの実用的な利用には、ほぼ単色の強い光ビームが必要であり、そのパワーは所望の光波長の周りに狭く集中しています。そのようなキャリアは、コヒーレントな誘導放出のプロセスによって非常に狭いスペクトル線幅の強い光を生成するルビーレーザーの発明なしには不可能でした。今日、半導体注入レーザーダイオードは高速、長距離の光通信に使用されています。
2種類の光チャネルが存在します。光が大気中を自由に伝搬する非誘導自由空間チャネルと、光が光導波路を伝搬する誘導光ファイバチャネルです。
フリースペースチャネル
自由空間光チャネルの損失メカニズムは、見通し内マイクロ波無線チャネルの損失メカニズムと実質的に同じです。信号は、ビーム発散、大気吸収、大気散乱によって劣化します。トランスミッターにレーザー光源を使用することにより、透過光をコリメート（平行化）してコヒーレントな狭いビームにすることにより、ビームの発散を最小限に抑えることができます。赤外、可視、または紫外領域の低損失「窓」の1つにある透過波長を選択することにより、大気吸収損失を最小限に抑えることができます。大気は、光学波長が酸素（O 2）、水蒸気（H 2 O）、二酸化炭素（CO 2）、オゾン（O 3）などの気体成分の共鳴波長に近づくと、高い吸収損失を引き起こします。晴れた日には、可視光の減衰は1 kmあたり1デシベル以下になる可能性がありますが、ヘイズ、霧、雨、空中の粉塵などの大気条件の変動によって、著しい散乱損失が発生する可能性があります。
大気条件に対する光信号の高感度は、屋外環境用の自由空間光リンクの開発を妨げてきました。屋内の自由空間光送信機の簡単で親しみやすい例は、テレビやハイファイオーディオシステム用のハンドヘルド赤外線リモコンです。自由空間光学システムは、光学距離測定および速度測定、産業用品質管理、レーザー高度計レーダー（LIDARとして知られている）などの測定およびリモートセンシングアプリケーションでも非常に一般的です。
光ファイバーチャンネル
銅導体に電流が流れるワイヤー伝送とは対照的に、光ファイバー伝送では、非電導性誘電体で作られたファイバーを通して電磁界が伝搬します。その高帯域幅、低減衰、干渉耐性、低コスト、軽量のため、光ファイバーは固定高速デジタル通信リンクの選択肢の媒体になりつつあります。光ファイバーケーブルは、電話やケーブルテレビのループのフィーダーやトランク部分などの長距離アプリケーションと、コンピューターのローカルエリアネットワーク（LAN）や電話の家庭内分配などの短距離アプリケーションの両方で、銅線ケーブルに取って代わります。 、テレビ、データサービス。たとえば、デジタル化されたデータ、音声、およびビデオ信号のトランキングに使用される標準のBellcore OC-48光ケーブルは、ファイバーあたり1秒あたり最大2.4ギガビット（24億バイナリ）の伝送速度で動作します。これは、印刷された百科事典（2ギガビットのバイナリデータ）のすべてのボリュームのテキストを1秒未満で送信するのに十分な速度です。
光ファイバー通信リンクは、次の要素で構成されます。アナログまたはデジタル情報を変調された光ビームに変換する電気光学トランスミッター。伝送パスにまたがる光ファイバー。検出された光を電流に変換する光電子レシーバー。長距離リンク（30 km（20マイル）を超える）の場合、通常、信号パワーの減衰を相殺するために再生リピーターが必要です。過去には、ハイブリッド光電子中継器が一般的に使用されていました。これらは、光電子レシーバー、電子信号処理、および信号を再生するための電気光学トランスミッターを備えていました。今日、エルビウム添加光増幅器は、効率的な全光中継器として採用されています。
電気光学トランスミッター
電気光学トランスミッタの効率は多くの要因によって決定されますが、最も重要なものは次のとおりです。挿入損失。これは、ファイバーに結合しない伝送エネルギーの量です。送信機の寿命; および最大動作ビットレート。
2種類の電気光学トランスミッタが一般的に光ファイバーリンクで使用されています。発光ダイオード（LED）と半導体レーザーです。LEDは、中距離の短距離リンクに使用されるブロードライン幅の光源であり、距離に伴う光ビームの分散は大きな問題ではありません。LEDは、半導体レーザーよりもコストが低く、寿命が長いです。ただし、半導体レーザーは、LEDよりもはるかに効率的に光出力を光ファイバーに結合するため、より長いスパンに適しています。また、「立ち上がり」時間が速く、より高いデータ伝送速度が可能です。0.85、1.3、および1.5マイクロメートルの近接波長で動作し、0.003マイクロメートル未満のスペクトル線幅を持つレーザーダイオードが利用可能です。彼らは毎秒10ギガビット以上で送信することができます。より広い範囲のキャリア波長で動作できるLEDが存在しますが、一般に挿入損失が高く、線幅が0.035マイクロメートルを超えます。
光電子受信機
光リンク用の2つの最も一般的な種類のオプトエレクトロニックレシーバーは、ポジティブイントリンシックネガティブ（PIN）フォトダイオードとアバランシェフォトダイオード（APD）です。これらの光レシーバは、入射光パワーを電流に変換することにより、変調された光キャリア信号からベースバンド信号を抽出します。PINフォトダイオードのゲインは低くなりますが、応答は非常に高速です。APDのゲインは高くなりますが、応答が遅くなります。
