Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

1.4.6
Guided and Unguided Optical Properties
Optical communication is based on two essentially different schemes—guided waves
through transparent medium and unguided waves in free space. The relationship
between optical wavelengths and those of microwave frequencies is illustrated in
Figure 1.30. The electromagnetic spectrum (above) shows frequency in Hertz and
wavelength in meters. At the right end, the wavelength is only one millionth of
a meter, also referred to as either one micron or 1,000 nanometers (nm). The
corresponding frequency is approximately 300 trillion Hz, or 300 terahertz (THz).
The optical spectrum, shown at the bottom of Figure 1.30, is reversed from
that of the electromagnetic spectrum. Thus, 800 nm at the low end actually corre-
sponds to a frequency that is higher than the dotted line at 1,000 nm (corresponding
to 300 THz). The curves represent absorption characteristics of glass; there are three
useful ‘‘windows’’ for optical transmission purposes. Most optical communication
systems operate within the first window in the infrared, which is from 800 to
900 nm and not visible to the human eye. Interestingly enough, this amounts to
30 THz of potential bandwidth.
The now-familiar fiber communication is based on guided optical transmission
through glass fiber. A typical fiber link includes an optical transmitter, the fiber
itself, and an optical receiver. Glass fibers that are used fall into two general
categories: multimode fiber that is generally limited to short distances and single-
mode fiber that is applied to links of significant length. Both are based on the
principle that light waves are reflected within the fiber by the transition of refractive
index produced by a change in glass density.
Unlike fiber optics, unguided optical systems transmit light through the atmo-
sphere and space, much like their microwave counterparts. This technology has
been the subject of significant experimentation over the last three decades, resulting
in several space communications trials. Such work in the United States has been
done for the U.S. government and is highly classified.
The European Space Agency (ESA) developed the first commercial optical laser
communication system called Semiconductor Laser Intersatellite Link Experiment

---

1.4
Frequency Spectrum Allocations
37