光通信

「セマフォ式電信機」は、「セマフォ線」、「光学式電信機」、「シャッター式電信機チェーン」、「シャッペ式電信機」、「ナポレオン式セマフォ」とも呼ばれ、旋回アームまたはシャッター（ブレードまたはパドルとも呼ばれる）を備えた塔を使用して視覚信号によって情報を伝達するシステムです。情報は機械要素の位置によって符号化され、シャッターが固定位置にあるときに読み取られます。^{[ 2 ] [ 6 ]}

腕木式電信線は、電気式電信の前身でした。長距離にわたってメッセージを伝えるには、郵便配達よりもはるかに速かったものの、後にそれらに取って代わることになる電気式電信線に比べると、はるかに高価でプライバシーも劣っていました。腕木式電信局が接続できる最大距離は、地理的条件、天候、光の利用可能性によって制限されるため、実際には、ほとんどの光電信は、より長い距離を接続するために中継局の線路を使用しました。各中継局には、線路を介してメッセージをやり取りするための熟練したオペレーター兼観測員も必要でした。

現代の信号機の設計は、イギリスの博学者ロバート・フックによって初めて予見された。彼は1684年に王立協会に提出した論文で、視覚電信の鮮明かつ包括的な概要を初めて示した。彼の提案（前年のウィーンの戦い後の軍事的懸念に動機づけられたもの）は、彼の生前には実現されなかった。^{[ 7 ] [ 8 ]}

フランス初の実用的な光学式信号線は1792年に登場した。これはフランスの技術者クロード・シャップとその兄弟によって開発されたもので、彼らはフランス全土を網羅する556の信号所からなるネットワークを構築し、総延長は4,800キロメートル（3,000マイル）に達した。この信号線は1850年代まで軍事および国家通信に利用された。 

多くの国の交通機関は、シャッペ式とは異なる信号システムを採用した。例えば、イギリスとスウェーデンはシャッター式パネルを採用した（これは、角度のついた棒の方が視認性が高いというシャッペ兄弟の主張とは矛盾する）。スペインでは、技師のアグスティン・デ・ベタンクールが独自のシステムを開発し、それが国に採用された。このシステムは、フランスを含め、ヨーロッパの多くの専門家からシャッペ式よりも優れていると評価された。

これらのシステムは18世紀後半から19世紀初頭にかけて人気がありましたが、電気電信には太刀打ちできず、1880年までに完全に廃止されました。^{[ 1 ]}

信号旗は、手持ちの旗、棒、円盤、パドル、あるいは素手や手袋をはめた手などを用いて視覚信号で遠隔地に情報を伝達するシステムです。情報は旗、物体、または腕の位置によって符号化され、それらが固定された位置にあるときに読み取られます。

19世紀、海事の世界では手旗信号が採用され、広く使用されるようになった（シャッター式手旗信号の機械式アームは手持ちの旗に置き換えられた）。現在でも洋上での補給作業中に使用されており、昼間の緊急通信や、旗の代わりに照明付きの棒を使用することで夜間の通信にも利用できる。

最新の旗信号システムでは、正方形の旗が付いた2本の短いポールを使用し、信号手はこれらのポールをさまざまな位置に保持してアルファベットや数字を伝達します。送信者は両手に1本ずつポールを持ち、それぞれの腕を8方向のいずれかに伸ばします。静止位置を除き、旗は重なり合うことはありません。旗の色は、信号が海上か陸上かによって異なります。海上では赤と黄色（オスカー旗）、陸上では白と青（パパ旗）です。旗は必須ではありませんが、文字をより見やすくする効果があります。

信号灯（アルディスランプなど）は、光通信（通常はモールス信号を使用）のための視覚信号装置です。現代の信号灯は、光のパルスを発することができる集束ランプです。大型の信号灯では、ランプ前面に取り付けられたシャッターを開閉することでこのパルスが実現されます。シャッターの開閉は、手動式の圧力スイッチ、または後期のモデルでは自動で行われます。

手持ち式ランプでは、凹面鏡がトリガーによって傾けられ、光がパルス状に集束されます。これらのランプは通常、何らかの光学照準器を備えており、海軍艦艇に最も一般的に配備されているほか、空港の管制塔でコード化された航空信号灯としても使用されています。

航空灯信号は、無線機の故障、無線機を搭載していない航空機、または聴覚障害のあるパイロットの場合に使用されます。航空管制官は、このような航空機を誘導するために長年信号灯銃を使用してきました。信号灯銃のランプは、赤、白、緑の3つの異なる色を発することができる集束された明るいビームを備えています。これらの色は点滅または点灯し、飛行中または地上の航空機に異なる指示を与えます（たとえば、「着陸許可」または「離陸許可」）。パイロットは、飛行機の翼を揺らしたり、地上にいる場合は補助翼を動かしたり、夜間には着陸灯または航行灯を点滅させたりすることで、指示に応答することができます。信号灯銃を使用する航空機には、モールス信号は使用されないため、12の単純な標準化された指示のみが送られます。

ヘリオグラフ（ギリシャ語: Ἥλιος helios「太陽」、γραφειν graphein「書く」）は、鏡で反射した太陽光の閃光（一般的にはモールス信号を使用）によって信号を送る無線太陽光電信機である。閃光は、鏡を瞬間的に回転させるか、シャッターで光線を遮断することによって発生する。

ヘリオグラフは、19世紀後半から20世紀初頭にかけて、長距離での瞬間的な光学通信のためのシンプルながら効果的な装置でした。主な用途は軍事、測量、森林保護作業でした。1960年代までイギリス軍とオーストラリア軍の標準装備であり、1975年までパキスタン軍で使用されていました。^{[ 5 ]}

光ファイバは、光通信で最も一般的なチャネルです。光ファイバリンクの送信機は、一般的に発光ダイオード（LED）またはレーザーダイオードです。 光ファイバは赤外線波長を減衰や分散が少なく伝送するため、可視光よりも赤外線がよく使用されます。信号エンコーディングは通常、単純な強度変調ですが、歴史的には実験室で光位相変調と周波数変調が実証されています。エルビウム添加光ファイバ増幅器の導入により、周期的な信号再生の必要性はほぼなくなり、リンク距離を大幅に低コストで延長できるようになりました。 1996年にCiena Corpが高密度波長分割多重（WDM）を商用導入したことが、光ネットワークの真の始まりでした。^{[ 9 ] [ 10 ]} WDMは現在、世界中のほぼすべての高容量光システムの共通基盤となっています。^{[ 11 ]}

最初の光通信システムは、光増幅器^{[ 13 ]とレーザー[ 14 ]}の発明者であるゴードン・グールドが共同設立したベンチャー企業、オプテレコム社^{[ 12 ]}によって設計され、米国陸軍とシェブロン社に納入されました。

フォトフォン（当初はラジオフォンという別名もあった）は、光線で音声を伝送できる通信装置である。これは、1880年2月19日にアレクサンダー・グラハム・ベルと彼の助手チャールズ・サムナー・テインダーによって、ワシントンDCのベルの1325 'L'ストリート研究所で共同発明された^{[ 15 ] [ 16 ]} 。両者は後に、ベルが設立し資金提供したボルタ研究所協会の正会員となった。

1880年6月21日、ベルの助手は、フランクリン・スクールの屋上からベルの研究所の窓まで、約213メートル（約700 フィート）離れた場所まで、無線音声電話メッセージをかなりの距離送信した。 ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

ベルはフォトフォンが自身の最も重要な発明だと信じていた。ベル単独名義で取得した18件の特許と、共同研究者と共同で取得した12件の特許のうち、4件はフォトフォンに関するもので、ベルはこれを「最大の業績」と呼び、死の直前に記者に対し、フォトフォンは「電話よりも偉大な、私がこれまでに作った最大の発明だ」と語った。^{[ 21 ]}

フォトフォンは、1980年代から世界中で広く使われるようになった光ファイバー通信システムの先駆けでした。 ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}フォトフォンの基本特許（米国特許235,199「信号伝送および通信装置、フォトフォン」 ）は、その原理が実用化される何十年も前の1880年12月に発行されました。 ^{[ 19 ]}

自由空間光通信 (FSO) システムは「ラストマイル」通信に使用され、送信元と宛先の間に見通し線が確保され、光受信機が送信された情報を確実に復号できる限り、数キロメートルの距離にわたって機能することができます。 ^{[ 25 ]}他の自由空間システムは、小型、低質量、低消費電力のサブシステムを使用して、高データレート、長距離リンクを提供できるため、宇宙での通信に適しています。^{[ 26 ]}グローバルなブロードバンドカバレッジを提供することを目的としたさまざまな計画中の衛星コンステレーションは、これらの利点を活用し、数百から数千の衛星間の衛星間リンクにレーザー通信を使用して、宇宙ベースの光メッシュネットワークを効果的に構築しています。

より一般的には、誘導されない光信号の伝送は光無線通信（OWC）として知られています。例としては、中距離可視光通信や、赤外線LEDを用いた短距離IrDAなどが挙げられます。