コミュニケーションに光を使用することは、まったく新しい概念ではありません。古代中国では、警告のための標識塔の使用が視覚光通信の最良の例です。ヨーロッパ人が情報を送信するためにセマフォを使用することも、光通信の原始的な形式と考えることができます。
現代の光通信の原型は、1880 年にベルが発明したフォトフォンにまで遡ることができます。彼は太陽光を光源として使用し、レンズを通した光ビームを送信機の前の振動ミラーに集束させ、音声の変化に応じて光の強度を変化させ、それによって音声の光強度の変調を実現しました。受信端では、放物面反射板が大気中を透過した光ビームをバッテリーに反射し、セレン結晶が光受信検出デバイスとして機能し、光信号を電流に変換します。このようにして、音声信号が大気空間を介して伝送されることに成功した。当時は理想的な光源や伝送媒体がなかったため、このフォトフォンは伝送距離が非常に短く、実用的価値がなく、開発が遅れました。しかし、情報を送信するためのキャリアとして光波を使用する可能性を証明したため、フォトフォンは依然として偉大な発明でした。したがって、ベルのフォトフォンは現代の光通信のプロトタイプと考えることができます。
ランプの発明により、船舶間、船舶と陸上間の通信、自動車の方向指示器、交通信号灯など、ランプを光源として使用する簡単な光通信システムを構築することが可能になりました。実際、どのような種類の表示灯も基本的な光通信システムです。多くの場合、広スペクトルの蛍光発光ダイオード--を光源として使用できます。 1960 年にアメリカのマイマンが最初のルビー レーザーを発明しました。これはある意味、光源の問題を解決し、光通信に新たな希望をもたらしました。レーザーは通常の光と比較して、スペクトル幅が狭く、指向性が非常に良く、輝度が非常に高く、周波数と位相が比較的安定しているなどの優れた特性を持っています。レーザーはコヒーレント性の高い光であり、電波に似た特性を備えているため、理想的な光搬送波となります。ルビーレーザーに続いて、ヘリウム-ネオン(He-Ne)レーザー、二酸化炭素(CO₂)レーザーが次々に登場し、実用化されました。レーザーの発明と応用は、80年間眠っていた光通信を新たな段階へと導きました。
固体レーザーの発明により、伝送される光出力が大幅に増加し、伝送距離が延長されました。これにより、川岸、島の間、および特定の状況で大気レーザー通信を使用できるようになりました。しかし、大気中レーザー通信の安定性と信頼性は依然として未解決のままでした。情報を運ぶ光波を使用して、大気伝播によるポイントツーポイント通信を実現することは可能ですが、通信能力と品質は気候に大きく影響されます。--雨、霧、雪、大気中の塵による吸収と散乱により、光波エネルギーは大幅に減衰します。さらに、大気の密度と温度の不均一性により屈折率が変化し、その結果ビーム位置がシフトします。したがって、大気中レーザー通信の距離と安定性は大幅に制限されており、「全天候型」通信を実現することはできません。-
1970 年は光ファイバー通信の歴史において輝かしい年でした。米国のコーニング社は、同軸ケーブル通信に匹敵する損失20dB/kmの石英光ファイバの開発に成功し、光ファイバ通信の明るい展望を明らかにし、世界各国で相次ぎ多大な人材と物的資源の投入を促し、光ファイバ通信の研究開発は新たな段階へ押し上げられた。 1972 年、Corning Company は損失を 4dB/km に低減する高純度石英マルチモード光ファイバーを開発しました。- 1973 年に米国のベル研究所はさらに大きな成果を上げ、光ファイバ損失を 2.5dB/km に低減し、1974 年にはさらに 1.1dB/km に低減しました。1976 年には、日本電信電話 (NTT) を含む日本企業が光ファイバ損失を 0.47dB/km (波長 1.2μm の場合) に低減しました。
1970年には、光ファイバー通信用の光源も大きく進歩しました。この年、米国のベル研究所、日本の日本電気（NEC）、旧ソ連は、低温（-200度）またはパルス励起条件下で動作する半導体レーザーの限界を次々と打破し、室温で連続発振可能なガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）ダブルヘテロ構造半導体レーザー（短波）の開発に成功し、半導体レーザー開発の基礎を築いた。 1973 年、半導体レーザーの寿命は 7×103h に達しました。 1977 年にベル研究所が開発した半導体レーザーは、寿命が 100,000 時間 (約 11.4 年)、推定寿命が 100 万時間に達し、実用的な要件を完全に満たしました。 1976 年、日本電信電話株式会社は、波長 1.3 μm で発光するインジウム ガリウム ヒ素リン化物 (InGaAsP) レーザーの開発に成功しました。 1979年、米国のAT&T社と日本の日本電信電話社は、波長1.55μmで発光する連続発振半導体レーザの開発に成功した。
1976年、米国はアトランタで世界初の実用的な光ファイバー通信システムの実証実験を実施した。このシステムは、光源としてGaAlAsレーザー、伝送媒体としてマルチモード光ファイバーを使用し、速度44.7Mbit/s、伝送距離は約10kmでした。 1980 年に、米国で標準化された FT-3 光ファイバー通信システムが商用利用され始めました。このシステムは、速度 44.7Mbit/s のグレーデッドインデックス マルチモード光ファイバーを使用しました。-その後、米国は急速に東西幹線と南北幹線を敷設し、22 州を横断し、総光ケーブル長は 5×10⁴km になりました。日本は1976年と1978年に、速度34Mbit/s、伝送距離64kmのステップインデックス型マルチモード光ファイバ通信システムと、速度100Mbit/sのグレーデッドインデックス型マルチモード光ファイバ通信システムの試験を相次いで実施した。 1983年、日本は全国を南北に貫く全長3400km、初期伝送速度400Mビット/秒、後に1.6Gビット/秒まで拡張した長距離光ケーブル幹線を敷設した。その後、米国、日本、英国、フランスの協力により、大西洋を横断する全長6.4×103kmの海底光ケーブル通信システムTAT-8が1988年に完成した。太平洋を横断する最初の TPC-3/HAW-4 海底光ケーブル通信システムは 1989 年に完成し、全長は 1.32×10⁵km でした。以来、海底光ケーブル通信システムの構築が本格化し、世界的な通信ネットワークの発展が促進されました。
1966 年に花王が伝送媒体としての光ファイバーの概念を提案して以来、光ファイバー通信は研究から応用まで急速に発展し、技術の更新と世代が継続的に行われ、通信能力 (伝送速度と中継距離) が継続的に向上し、適用範囲が拡大し続けています。光通信の発展は大きく次の5段階に分けられます。
第一段階：基礎研究から実用化開発までの期間。 1976年に研究開発の段階を経て、多くのフィールド試験を経て、1978年に波長0.8μmで動作する第一世代の光波システムが正式に実用化され、短波長(0.85μm)、低速(45Mbit/sまたは34Mbit/s)のマルチモード光ファイバ通信システムが実現した。損失2dB/kmの光ファイバが登場し、無中継伝送距離は約10km、最大通信容量は約500Mビット/(s・km)となる。同軸ケーブルシステムと比較して、光ファイバー通信は中継距離を延長し、投資と維持コストを削減し、エンジニアリングと商用運用の追求目標を満たし、光ファイバー通信が現実になりました。
第2段階：伝送速度の向上と伝送距離の延長を研究目標とし、応用を強力に推進する実践期。この期間中、光ファイバーはマルチモードからシングルモードに発展し、使用波長は短波長 (0.85μm) から長波長 (1.31μm と 1.55μm) に発展し、使用波長 1.31μm、伝送速度 140565Mbit/s のシングルモード光ファイバー通信を達成しました。-光ファイバーの損失はさらに 0.5dB/km (1.31μm) および 0.2dB/km (1.55μm) のレベルに低減され、中継器なしの伝送距離は 50100km になりました。-
第 3 段階: 超大容量、超長距離を目標とし、新技術の研究を総合的かつ徹底的に実施する期間でした。{0}{1}この期間中に、1.55μmの分散-シフトシングルモード-光ファイバ通信が実現されました。この光ファイバー通信システムは外部変調技術を使用しており、伝送速度は 2.510Gbit/s に達し、無中継伝送距離は 100150km に達しました。-研究所はさらに高いレベルを達成できる可能性があります。
第 4 段階: 光ファイバー通信システムは、光増幅器を使用して中継器の距離を延長し、波長分割多重技術を使用してビット レートと中継器の距離を延長することを特徴としていました。これらのシステムはホモダイン方式やヘテロダイン方式を使用することもあったため、コヒーレント光波通信システムとも呼ばれました。この段階の光ファイバ通信システムでは、光ファイバ増幅器（EDFA）によって光ファイバの損失が補償され、補償後は数千kmの伝送が可能でした。ある実験では、スターカプラを使用して、チャネル間クロストークを無視して、50km の伝送距離にわたって 100{6} チャネルの 622Gbit/s データ多重化を実現しました。別の実験では、リジェネレータを使用せずに 2.5Gbit/s の単一チャネル レートで、増幅器間隔 80km、伝送距離 2223km で光ファイバ損失を EDFA で補償しました。光波システムにおけるコヒーレント検出技術の使用は、EDFA を使用するための前提条件ではありませんでした。一部の研究室では、循環ループを使用して 2.4Gbit/s、2.1×104km および 5Gbit/s、1.4×104km のデータ伝送を達成していました。光ファイバ増幅器の出現は、光ファイバ通信の分野に大きな変化をもたらしました。
第 5 段階: 光ファイバー通信システムは、光ファイバーの分散の広がりを相殺する非線形圧縮に基づいており、パルス信号のコンフォーマル伝送、いわゆる光ソリトン通信を実現しました。-この段階は 20 年以上続き、画期的な進歩を遂げました。この基本的なアイデアは 1973 年に提案されましたが、ベル研究所が光ファイバー損失に対する誘導ラマン散乱損失補償を使用して 4×103km にわたってデータを送信し、翌年には伝送距離を 6×103km に延長したのは 1988 年のことでした。 EDFA は 1989 年に光ソリトン増幅に使用され始めました。EDFA は工学的実践において大きな利点を持ち、それ以来、いくつかの有名な国際研究所は高速長距離通信としての光ソリトン通信の大きな可能性を検証し始めました。- 1990 年から 1992 年にかけて、米国と英国の研究所は循環ループを使用して 2.5Gbit/s と 5Gbit/s のデータを 1×104km 以上伝送しました。日本の研究所は 1×10⁶km で 10Gbit/s のデータを送信しました。 1995 年、フランスの研究所は 1×10⁶km、中継距離 140km で 20Gbit/s のデータを送信しました。 1995 年に、英国の研究所は 8,100 km で 20 Gbit/s のデータ、5,000 km で 40 Gbit/s のデータを送信しました。線形光ソリトン システムのフィールド トライアルも日本の東京周辺の大都市圏ネットワークで実施され、それぞれ 2.5×103km と 1×103km にわたって 10Gbit/s と 20Gbit/s のデータを送信しました。 1994 年と 1995 年には、80Gbit/s と 160Gbit/s の高速データもそれぞれ 500km と 200km で伝送されました。
