光による通信

光通信の基礎

光通信は、光を用いて情報を伝達する技術であり、遠隔地との通信を可能にします。その歴史は古く、視覚的な通信から始まり、電気装置を用いた通信へと発展してきました。光通信の基本的な構成要素は、光信号に情報を符号化する送信機、信号を伝送する伝送路、そして受信した光から情報を復元する受信機です。

視覚による光通信

初期の形態

光通信の最も初期の形態は、視覚的なものでした。狼煙、ビーコン、ハイドロリックテレグラフ、信号旗、腕木通信などがその例です。これらの方法は、光の有無や色、形を利用して情報を伝達しました。

狼煙: 煙を使って遠くに情報を伝えます。
ハイドロリックテレグラフ: 紀元前4世紀のギリシャで使用された水時計を利用した通信システムです。
信号旗: 旗の色や形を組み合わせて情報を伝えます。
腕木通信: 腕木の形を変化させて情報を伝えます。日本では、江戸時代に米相場を全国に伝えるために旗振り通信が行われました。

その他の視覚的通信

信号弾: 現在でも海上や地上からの救難信号として使用されています。
灯台と航行灯: 船や航空機の航行の安全のために使用されています。
交通信号機と鉄道信号機: 光の色によって通行の可否を指示します。
回光通信機 (ヘリオグラフ): 鏡を使って太陽光を反射させ、遠くに情報を伝えます。
VASI (Visual Approach Slope Indicator): 航空機が安全に着陸するための投光器です。
光学着艦装置: 空母に着陸する軍用機を誘導します。
空港の管制塔の信号灯: 無線機が故障した航空機に指示を伝えます。

腕木通信

腕木通信は、回転式の腕木とシャッターを備えた塔を使って視覚的な信号で情報を伝達するシステムです。腕木の形によって情報を符号化し、シャッターが開いている時に読み取られます。腕木通信は電信の前身であり、長距離通信を可能にしましたが、電気式の電信に取って代わられました。1792年にはフランスで実用化され、総距離4800キロメートルのネットワークを構築しましたが、1880年には完全に廃止されました。

手旗信号

手旗信号は、手に持った旗や棒を使って、視覚的な信号で情報を伝達するシステムです。腕の位置によって情報を符号化します。19世紀に海事で採用され、現在でも洋上補給作業中に使用されています。昼間は旗、夜間はライト付きの杖を使用します。

信号灯

信号灯は、光の点滅によって情報を伝達する視覚的な信号装置です。通常、モールス信号を使用します。航空管制では、無線機が故障した場合や、無線機を搭載していない航空機に指示を出すために使用されます。赤、白、緑の3色の光を使い、点滅や点灯で着陸許可や離陸許可などの指示を出します。

ヘリオグラフ

ヘリオグラフは、鏡で太陽光を反射させ、その点滅で信号を送る通信機です。19世紀末から20世紀初頭にかけて、長距離光通信の手段として使用されました。主に軍事、測量、森林保護などの分野で活躍しました。

電気装置を用いた光通信

現代では、電気装置を用いた光通信が主流となっています。光ファイバーや自由空間光通信など、様々な技術が活用されています。

光ファイバー

光ファイバーは、現代の光通信の主要な伝送路です。LEDや半導体レーザーを用いて、光信号を光ファイバー内に伝送します。可視光線ではなく赤外線がよく使われます。信号の符号化には、強度変調が用いられることが多いですが、位相変調や周波数変調も実験的に実証されています。

フォトフォン

フォトフォンは、光のビームで音声を伝送する通信機器です。電話と同様の原理ですが、信号を電線ではなく変調された光で伝えます。1880年にアレクサンダー・グラハム・ベルが発明しました。

自由空間光通信

自由空間[光]]通信は、地上では「ラストワンマイル」の通信に利用されています。送信機と受信機の間に見通しが確保できれば、数キロメートルの距離で通信が可能です。宇宙では、小型・低質量・低消費電力のシステムで高データレートの長距離通信が可能なため、衛星間通信に利用されています。また、光無線通信]として、中距離の可視[[光通信や近距離のIrDAなど、ガイドされない光信号の伝送にも利用されています。

まとめ

光通信は、古くから様々な形で利用されてきた技術であり、現代では光ファイバーや自由空間光通信など、高度な技術が利用されています。これらの技術は、私たちの生活や社会を支える上で不可欠なものとなっています。

参考文献

Bayvel, Polina Future High-Capacity Optical Telecommunication Networks, Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 358, No. 1765, January 2000
* Dilhac, J-M. The Telegraph of Claude Chappe -An Optical Telecommunication Network For The XVIII Century, Toulouse: Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse. Retrieved from IEEE Global History Network.

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