光传输
光学通信采用一束调制的单色光将信息从发射器传送到接收器。光谱范围涵盖了电磁频谱的巨大范围，从10太赫兹（10 4千兆赫兹）到100万太赫兹（10 9千兆赫）。该频率范围基本上涵盖了从远红外（0.3毫米波长）到所有可见光到近紫外（0.0003微米波长）的光谱。在如此高的频率下传播的光波长自然适用于高速率宽带电信。例如，以300太赫兹的近红外频率对光载波进行幅度调制，幅度低至1％，所产生的传输带宽将比最高可用同轴电缆带宽超出1,000倍或更多。
为了远距离进行高速通信，对光学介质的实际开发需要近乎单色的强光束，其功率狭窄地集中在所需的光波长附近。如果没有在1960年首次展示的红宝石激光器的发明，这种载体是不可能的，该发明通过相干受激发射过程产生光谱线宽度非常窄的强光。如今，半导体注入激光二极管用于高速，长距离光通信。
存在两种光学通道：非引导自由空间通道，光在其中自由传播通过大气；以及引导光纤通道，光在其中通过光学波导传播。
自由空间频道
自由空间光信道中的损耗机制实际上与视线微波无线电信道中的损耗机制相同。光束发散，大气吸收和大气散射会降低信号质量。通过使用发射器的激光光源将发射的光准直（平行）成相干的窄光束，可以使光束发散最小。通过选择位于红外线，可见光或紫外线区域中低损耗“窗口”之一中的传输波长，可以使大气吸收损失最小化。随着光波长接近诸如氧气（O 2），水蒸气（H 2 O），二氧化碳（CO 2）和臭氧（O 3）的气态成分的共振波长，大气施加了高吸收损耗。在晴天，可见光的衰减可能为每公里一分贝或更少，但由于大气条件的任何变化（例如，霾，雾，雨或空气中的灰尘），都可能导致明显的散射损耗。
光信号对大气条件的高灵敏度阻碍了户外环境中自由空间光链路的发展。室内自由空间光发射机的一个简单而熟悉的示例是用于电视和高保真音频系统的手持式红外遥控器。自由空间光学系统在测量和遥感应用中也很常见，例如光学测距和速度确定，工业质量控制以及激光测高雷达（称为LIDAR）。
光纤通道
与电流流过铜导体的导线传输相反，在光纤传输中，电磁（光）场传播通过不导电的电介质制成的光纤。由于光纤的高带宽，低衰减，抗干扰性，低成本和轻巧性，它正成为固定高速数字电信链路的首选介质。在长距离应用（例如电话和有线电视环路的馈线和主干部分）以及短距离应用（例如用于计算机和电话家庭分配的局域网（LAN））中，光纤电缆正在取代铜线电缆，电视和数据服务。例如，用于数字化数据，语音和视频信号中继的标准Bellcore OC-48光缆以每秒每根光纤高达2.4吉比特（24亿个二进制数字）的传输速率运行。这样的速率足以在不到一秒钟的时间内在所有印刷版《百科全书》（2吉比特二进制数据）中传输文本。
光纤通信链路包括以下元素：电光发射机，将模拟或数字信息转换为调制光束；跨越传输路径的载光纤维；光电接收器将检测到的光转换成电流。对于长距离链路（大于30公里或20英里），通常需要再生中继器来抵消信号功率的衰减。过去，通常使用混合光电中继器。这些产品具有光电接收器，电子信号处理和用于再生信号的光电发射器。如今，掺b光放大器被用作高效的全光中继器。
电光发射机
电光发射器的效率由许多因素决定，但最重要的因素如下：谱线宽度，它是载波谱的宽度，对于理想的单色光源为零；插入损耗，即不耦合到光纤中的传输能量的数量；发射机寿命；和最大工作比特率。
光纤链路中通常使用两种电光发射器-发光二极管（LED）和半导体激光器。LED是一种宽线宽光源，用于中速，短跨度链路，其中光束在距离上的分散不是主要问题。与半导体激光器相比，LED成本更低且寿命更长。但是，半导体激光器比LED更有效地将其光输出耦合到光纤，使其更适用于更长的跨距，并且其“上升”时间也更短，从而可以实现更高的数据传输速率。激光二极管的工作波长约为0.85、1.3和1.5微米，光谱线宽小于0.003微米。它们能够以每秒10吉比特的速度传输。存在能够在更宽的载波波长范围内工作的LED，但是它们通常具有更高的插入损耗和超过0.035微米的线宽。
光电接收器
用于光链路的两种最常见的光电接收器是正本征（PIN）光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。这些光接收器通过将入射光功率转换为电流，从调制的光载波信号中提取基带信号。PIN光电二极管增益低但响应速度非常快。APD具有高增益，但响应速度较慢。
