光通信
概要
光通信（こうつうしん、optical communication）は、光を媒体として情報を伝達する通信方式である。電気信号の代わりに光信号を用い、主に光ファイバーを介して長距離伝送に活用される。超高速インターネット、データセンター、通信網の基盤技術として、現代の情報化社会における中核インフラである。
主要な内容
原理と基本構造
光通信の基本原理は、電気信号を光信号に変換して伝送し、受信側で再び電気信号に復元するというものである。核心要素には、光源（レーザーダイオードまたは発光ダイオード）、変調器、光ファイバー、光検出器などがある。光ファイバーは屈折率の異なる二層（コアとクラッド）で構成され、全反射によって光を内部に閉じ込めて伝搬させる。
光ファイバーの種類
- シングルモード光ファイバー: コア径が約9μmと非常に細く、単一のモードのみが伝搬する。長距離・高速伝送に適しており、損失が低い。
- マルチモード光ファイバー: コア径が50〜62.5μmで、複数のモードが同時に伝搬する。短距離および比較的低速の用途に使用される。
システム構成要素
- 送信部: 電気信号をレーザーやLEDを用いて光信号に変換し、データを光の強度または位相に載せて送信する。
- 受信部: フォトダイオードが光信号を電気信号に変換する。
- 光増幅器: 長距離伝送中に減衰した信号を増幅するもので、EDFA（エルビウム添加光ファイバ増幅器）が代表的である。
- 光スイッチ: 経路を切り替えてネットワークを構成するために用いられる。
長所と短所
光通信は電気通信に比べて帯域幅が非常に広く、大容量データ伝送が可能であり、電磁干渉の影響が少なく、盗聴に強い。また、損失が少ないため長距離伝送に効率的である。一方で、初期導入コストが高く、曲げに敏感で、割れやすいという短所がある。
応用分野
- 通信網: インターネットバックボーン、企業ネットワーク、加入者網（FTTH）など。
- データセンター: サーバー間の高速データ伝送。
- 医療: 内視鏡、医用画像伝送。
- センサー: 分布型光ファイバーセンサーを用いた温度・ひずみ測定。
- 防衛・航空: 航空機および船舶内のデータバス。
最新動向
2024〜2025年の光通信分野は、より高速かつ効率的な方向へ発展している。商用網では400Gおよび800G伝送技術が普及し、1Tbps級の伝送技術も研究されている。また、空間分割多重（SDM）技術により、複数の空間経路を活用して伝送容量を飛躍的に増やす試みが活発である。シリコンフォトニクスに基づく光集積回路が商用化され、小型・低消費電力モジュールが開発されているほか、自由空間光通信（FSO）は衛星間通信や無人機通信などに応用されている。量子通信技術も光通信の延長線上として注目され、量子鍵配送（QKD）の実用化が進められている。
関連項目
- [[光ファイバー]]
- [[レーザー]]
- [[通信工学]]
- [[量子通信]]