光ファイバー送信機

初期の通信光ファイバーシステムでは大型レーザーが使用されていましたが、今日では様々な半導体デバイスが使用されています。最も一般的に使用されているデバイスは、発光ダイオード、LED、半導体レーザーダイオードです。

最もシンプルな送信デバイスはLEDです。その主な利点は安価であることで、短距離伝送のみを必要とする低コストのアプリケーションに最適です。しかし、LEDにはいくつかの欠点があります。まず、効率が非常に低いことです。光ファイバーに入るのは入力電力の約1%のみであるため、長距離伝送を可能にするのに十分な光を供給するには、高出力のドライバが必要になります。LEDのもう一つの欠点は、比較的広いスペクトルをカバーする非コヒーレント光を生成することです。通常、スペクトル幅は30～60nmです。つまり、光ファイバー内の色分散によってシステムの帯域幅が制限されることになります。

LED は、その性能を考慮すると、データ レートが通常 10 ～ 100 Mb/s の範囲で、伝送距離が数キロメートルであるローカル エリア ネットワーク アプリケーションで主に使用されます。

より高いレベルのパフォーマンスが求められる場合、つまり光ファイバーリンクがより長距離かつより高いデータレートで動作する必要がある場合、レーザーが使用されます。レーザーはより高価ですが、いくつかの大きな利点があります。まず、レーザーはより高い出力レベルを提供でき、さらにこれに加えて光出力が方向性を持つため、光ファイバーケーブルへの光の転送効率がはるかに高くなります。通常、シングルモードファイバーへの結合効率は 50% にも達します。さらなる利点は、レーザーはコヒーレントな光を生成するため、スペクトル帯域幅が非常に狭いことです。この狭いスペクトル幅により、モード分散が目立ちにくくなり、レーザーははるかに高いレートでデータを転送できます。もう 1 つの利点は、半導体材料内のキャリアの再結合時間が短いため、半導体レーザーを高周波で直接変調できることです。

レーザーダイオードは多くの場合、直接変調されます。これは、データを光信号に転送する非常にシンプルかつ効果的な方法です。これは、デバイスに直接供給される電流を制御することで実現されます。これにより、レーザーからの光出力が変化します。しかし、データレートが非常に高い場合やリンク距離が非常に長い場合は、レーザーを一定の出力レベル（連続波）で動作させる方が効果的です。その後、光は外部デバイスを用いて変調されます。外部変調手段を使用する利点は、レーザーチャープと呼ばれる効果が除去されるため、最大リンク距離が長くなることです。このチャープは光信号のスペクトルを広げ、光ファイバーケーブル内の色分散を増加させます。