光通信从研究以来的十多年中，适用领域正在逐步扩大，并已作为社会的技术被确立了下来。今后使现有的光纤降低损耗，向长距离、低成本化的方向发展。同时通过外差相干型、光子计数通信方式等的实用化来揭开第二代光通信的研究。

光通信领域的扩大

十五年后就要进入二十一世纪的今天，作为光通信这个词也好，或者就光通信本身讲也好，都好似人们所非常熟悉和非常关心的那样。其标志之一是从北海道至九州纵贯日本的光通信线路（全长3400公里），在今年开始已提供了使用。为此，可以说，光通信已和人们的日常生活结下了姻缘。

在二十年前，如果说光通信还是“渺茫的未来技术”的话，那么在今天它所显示出来的渺茫迹象却一点也没有了。

有关光通信的分类方法很多，但首先最基本的是分为“光纤通信”和“大气传播型光通信”两种。从发展历史来看，后者先出现，在二十世纪六十年代就有很多文献报道了氦 - 氖激光器进行几公里长的大气光通信实验。但现在前者占了绝对优势，成为主流已是众所周知。然而，在计算机房的光通信等这类通信中，大气光通信也有不可忽视的优点。

用大气传输进行计算机之间的光通信（指机房内的通信）方式是几年前由IBM公司苏黎世研究所的（科技人员首先提出来的。其后在日本得到了发展，最近已进入实用阶段。它的优点是：1）只要把装置搬入房内，插入电源插头，使装置上部的光通信装置方向一致，光通信装置马上就可以工作；2）可以方便迅速地变动计算机房内的设备等。

不用说，就实用化的意义来讲，今天用光纤的光通信占了明显的优势，但是，大气传播型以室内通信为中心，今后也会有一定程度的发展和推广应用。

其次，根据通信终端之间的距离和种类看看光通信的分类。I960年就以预言20分贝/公里的低损耗光钎可以实现而出名的Kao（高锟）博士，在去年美国光纤通信会议（OFC' 84 - 新奥尔良）开会前的招待会演讲中已介绍了这种分类，这是根据他把光通信分为如下七个方面的想法来重新评价光纤通信的潜在因素而提出来的，即：

（1）远距离通信：长途干线、海底光缆等。

（2）城市间的通信、局间中继线等。

（3）用户间通信：双向CATV（公用天线电视）网、ISDN（综合服务数字通信网）、公用电话网的用户和交换局之间的通信等。

（4）装置之间的通信：比较小型的局部区域网络（LAN）、计算机房内通信等。

（5）板与板之间的通信：计算机内的印刷线路板与印刷线路板之间的通信。

（6）芯片与芯片之间的通信：印刷线路板上芯片与芯片之间的通信。

（7）器件与器件之间的通信：芯片上器件与器件之间的通信。

在上述七个方面中目前应用得最广的不用说是（1）（2）（3）（4），但是在超高速计算机（即巨型计算机）中，为了要把逻辑延迟时间控制在几十分之一毫微秒以下，布线长度必须控制在几厘米 ~ 10厘米之内。因此出现了把计算机做成由几个处理机组成的集合体，用超高速的光通信把这些处理机连结起来构成复合处理机的设想，在不久的将来，（5）（6）也将要成为人们所非常熟悉。

关于（7）早就有了所谓光耦合器的想法，不过现在还没有广泛地实用。但是，作为所谓光计算机的前期阶段，光作为“布线”的手段来使用的可能性是有的。在这种场合，有效地利用光通信的“非相干性”，在（7）这个领域今后也有可能会看到新的突破。

光纤到底能便宜到什么程度？

关于光纤在用户网以及小规模LAN中的应用，今后以什么样的速度普及这与光纤的价格能降到什么程度有关。光纤芯线每米十日元这个将来可以期待的价格是人们所盼望的。但是，目前的实际情况是价格便宜的光纤每米为100日元，单模光纤一般是每米300日元以上，离“便宜的光通信”还有很大的距离。

为了改变这种状况，正在研究：1）根据新的设计思想来制造石英光纤；2）把包层换成塑料的光纤；3）包层、芯线都用塑料的光纤等等。其中已商品化的是第（3）种，损耗值已下降到50分贝/公里左右（实验室水平是20分贝/公里）。不过，现今唯一可以使用的材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），它不耐热（约到80°0为止），因而不能推广。眼下，正在研究以解决这个问题。

传输信息的速度和传输距离能提高到什么程度？

目前，光通信的传输速度达到400兆毕/秒左右就算是高的了，以致传输速度给人似乎有一种停滞不前的印象。限制传输速度的提高是由光调制器和光检测器的灵敏度所决定的。但是最近在美国光纤通信会议和欧洲光通信会议上由日本、美国、欧洲发表的许多论文中可以看到将要提高一个数量级，即一下跳到几千兆毕/秒还是有可能的。这是基于调制解调技术的研究成果才突然取得的。事实上，1985年在美国召开的光纤通信会议上就有二篇论文介绍了4千兆毕/秒的系统实验。

另外，光纤无中继传输距离的延长发展也是非常迅速的。在1984年的美国光纤通信会议上就报告了202千米的实验成果，1985年又报告了233千米的实验成果。再就是日本代表所作的关于外差相干型光纤通信发展方面认为不久将可达到300千米的论文报告成了会议内外谈论的中心话题。在报告中还阐述了如果巧妙地使用外差相干技术，在距离延伸方面作些牺牲的话，那么每根光纤可通100路载波的光通信也不是什么幻想。也就是说，今后敷设仅供一路载波用的光纤，但在10 ~ 20年后将能成百倍地扩大使用，而作为这方面基础技术之一，NTT横须贺电气通信研究所正在研究的马赫 - 图达型合波分波器，认为是很有发展希望的技术。

外差（零差）相干型光纤通信

目前实用的光纤通信主要是采用在发信端对光波进行“强度调制”，在接收端对光波进行“直接检波”的方式，这种方式具有结构甚为简单，容易制成便宜而又可靠的系统等优点。但是，如果对照一下无线电通信的发展历史，可以说这和马可尼时代的“噪声载波”通信一样，其接收信号的灵敏度低，另外，作为激光特点的“时间相干性”也没有充分被利用。

相反，如果用光外差检波接收光信号的外差（或零差）型光通信方式，以及把光波的振幅、频率或相位作相干调制的外差（或零差）相干型光通信方式，比起光，强调制直接检波的方式就可以使接收信号的灵敏度得到大幅度的改善。

在光通信中采用外差检波的想法绝不是什么新的东西，事实上，在六十年代后就已孕育了把氦 - 氖激光器进行光调制后，送入一系列透镜组成的导波光路或气体透镜导波光路，再在接收机的入口处作光外差检波的设想。

但是，进入七十年代后，由于以半导体激光器作为、光源的强度调制型光纤通信投入了实用，而外差检波在频率稳定性和光谱纯度诸方面又认为是不可能实现的，因此几乎被遗忘了十年。

以后，首先在这方面开展研究的是日本（如东京大学，NTT武藏野电气通信研究所，日本电气公司等），接着其他各国（如法国电信研究所、英国电信研究实验室、西德的H · 赫兹研究所、意大利的CSELT，类国的贝尔通信研究所和美国电报电话公司（ATT）贝尔研究所等）也逐渐发展了起来，至今已成为每年国际会议上讨论的重要内容之一。

外差型光通信有如下两个优点：

第一，接收灵敏度得到改善。即使是使用性能很差的光电二极管（光检测器）也能比较容易地得到接近“起伏噪声界限”的接收灵敏度。另外，在光纤损耗最小的1.55微米波长处，遗憾地找不到好的光检测器，只得依靠直接检波的方式。因此，接发灵敏度的改善在1.55微米波长处好处特别显著，在理论上改善值可达到25分贝，英国电信研究实验室已实验的改善值就达到了19分贝。若能改善20分贝，光纤无中继传输距离约可延长100千米。

第二，有可能实现超多路光通信。多路光通信以往专门称为波长分割多路传输（WDM），这个词是根 · 据以往使用的光学分波、合波装置按照载波波长不同由元件（多层膜滤波器和衍射光栅）构成而来的。最近，由于外差检波方式的采用，也就与电气通信中使用的称呼——频率分割多路传输（FDM）具有相似的意思。以往，日本的研究人员以及法国电信研究所、英国电信研究实验室、ATT贝尔研究所主要是注重接收灵敏度的改善，而H · 赫兹研究所和贝尔通信研究所则是对超多路光通信比较重视。因此，今后把两方面研究结合起来，必将会迎来更大的发展。

光子计数光通信

但是，作为达到“起伏噪声界限”的接收灵敏度的手段除了外差（或零差）检波方式外，还有光子计数光通信方式，它是通过把高倍增率的光倍增器装在接收机的输入端，把光输入信号的“每个光子”大幅度地增强，再根据“峰值分析”除去峰值低的热噪声，只取出被倍增了的光电流就可以得到起伏噪声界限的接收灵敏度。

目前，特性好的光倍增器只有光电倍增管。为此，人们认为光子计数技术只能在非常低速的特殊光通信（人造卫星相互之间的通信等）中使用。但是，从去年起已看到被忽视多时的雪崩光电二极管（APD）可以用于光子计数光通信，故而目前正在加速研究。

[《日本の科学と技术》，1985年7 ~ 8月]