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光通信とは

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光通信とは

 日本中どこにいても高速でインターネットを使えたり、海外にいる人とSNS等で情報のやりとりしたりするには「光通信」が欠かせない存在となっています。また、「5G」の次世代通信である「Beyond 5G / 6G」では、光ファイバを使って無線信号を送る「光無線通信」技術が欠かせないと言われています。本記事では光通信とは何かについて紹介します。

光通信とは?

 光通信とは、一言でいうと「離れた場所間での情報のやり取りを、光を使って行うこと」です。古くは、狼煙や鏡の反射光を利用して、例えば、敵の襲来を遠方の味方に知らせることもあったようですが、こうした情報のやり取りも光通信の一形態と考えられます。

 現代社会において光通信といえば、主として、光ファイバーを媒体とした光デジタル信号(光のON/OFF信号など)のやり取りを意味します。「やり取り」の部分は「送受信」と言い換えてもよいでしょう。

空間光伝送方式

 光ファイバーの敷設が困難な場所では、空間を媒体とした空間光伝送方式も採用されていますが、特に雨天時は、伝搬する際に発生するエネルギー損失が光ファイバー中を伝搬する場合に比べて大きいため、長距離通信には向いていません。より遠い地域に情報を送りたい場合、伝搬損失の小さい光ファイバーを用いることは必須と考えられます。

光ファイバー通信

 世界中に張り巡らされた光ファイバーの総延長は地球30周分と言われています。その恩恵で、私たちはいつでも世界各国の情報にアクセスすることができます。現代のネット社会を支える光通信の主役は、やはり「光ファイバー通信」と言ってよいでしょう。

光ファイバ通信の装置構成

 この送受信機の、送信部分を担う主役が「レーザー」(波長、パルス幅を制御した人工の光)と、そのレーザー光に情報を乗せるための「光変調器」(光の強度、位相変化を行う)と呼ばれる装置です。
 また、光情報を受信する際に重要な役割を果たすのが「フォトダイオード」(光を検出する半導体)と呼ばれる装置です。フォトダイオードは光の強弱情報を読み取って電流の強弱情報に変換します。

マルチチャンネル狭帯域幅波長可変レーザ

製品一例【レーザー】
シンクランド製「マルチチャンネル波長可変レーザー

光通信システムによる情報伝達方法

 私たちは、光通信システムを使って、どのように情報をやり取りしているのでしょうか。
 例えば、PCやスマートフォンなどの通信端末で生成された文字情報は、ONとOFFの組み合わせからなる電気信号パルス列(デジタル信号)として表されます。この電気信号を、光のデジタル信号に変換するのが「光変調器」の役割になります。文字情報は光のデジタル信号に変換されたことによって、光ファイバー中を伝搬できるようになります。光ファイバー中を旅した光デジタル信号は、「フォトダイオード」によってふたたび電気信号に変換され、送り先の持つ通信端末で文字情報として表示されることとなります。

 ※ より正確には、通信端末から発信された電気信号は、無線通信システムを介して、いったん、通信キャリアの保有する基地局へ送信されます。その基地局から、光変調器を介して光ファイバー中へと送り出される仕組みとなっています。

送信機「光変調器」=「声帯」、媒体「光ファイバ」=「空気」

 会話の場合、相手に伝えたい情報が脳内で生成され、音声情報に変換されます。この変換のための器官「声帯」が、電気信号を光信号に変換する「光変調器」に相当します。音声は、光ファイバーに相当する媒体である空気を振動させながら伝搬します。いくら頭の中で伝えたいことを念じても、音声に変換されなければ、空気中を伝搬することができず、相手に伝えることはできません。「声帯」あるいは「光変調器」が重要な器官/装置であることがわかります。

受信機「フォトダイオード」=「鼓膜」

 一方、会話の受け手は、空気振動、つまり音声情報を「鼓膜」で感知し、脳へ伝え、相手の伝えたい情報を理解することができます。鼓膜は光情報の強弱を感知する「フォトダイオード」に相当します。

 会話であれ光通信であれ、コミュニケーションを成立させるためには、送信器(声帯、変調器)と媒体(空気、光ファイバー)、受信器(鼓膜、フォトダイオード)の3つの要素が必要と言えます。

※ もちろん、音声だけではなく、視覚情報だけでも人同士のコミュニケーションは成立します(大げさに言えば空間光伝送です)。手話はその手段として最たるものですが、文字→指文字の変換ルール(例:「あ」は親指を立てて表すなど)を定めることによって、情報のやり取りが可能となります。(この場合、指が変調器に相当します)



おわりに

 光通信がどのようなものなのか、おわかりいただけたでしょうか。
 私たち、シンクランドは光通信システムに必要な(波長可変)レーザーや光変調器(光変調器とは参照)、フォトダイオードほか様々な光通信用の装置を取り扱っています。また、それらを組み合わせた簡易的な送受信装置の製作(光学試作の実績紹介)も行っています。光通信に関してお困りごとのある方は、ぜひシンクランドにご相談ください。

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