世界初の標準クラッド径19

2023 年 5 月 15 日

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情報通信研究機構 (NICT) による

情報通信研究機構 (NICT、日本) と住友電気工業株式会社 (SEI、日本) の研究者グループは、アイントホーフェン工科大学、ラクイラ大学、マッコーリー大学と協力して、標準クラッド径（0.125mm）の19芯光ファイバで、標準クラッド径マルチコアファイバの中で最もコア数が多く、1.7ペタビット/秒のデータレートで大容量伝送を実証距離63.5km。 ランダムに結合されたマルチコア ファイバー設計を使用して高いコア密度を達成するとともに、多入力多出力 (MIMO) デジタル信号処理によりコア間の信号干渉を排除しました。

今回の実験では、標準クラッド径の光ファイバの伝送容量の世界記録を達成し、毎秒1ペタビット以上の伝送実験としては世界最長の伝送距離を達成した。 この結果は、マルチモードファイバー伝送と比較して、大洋横断システムにおけるMIMOデジタル信号処理の消費電力を大幅に削減できる可能性を示しています。 このファイバ技術は、将来の長距離・大容量光通信ネットワークの実現に貢献します。

この実験の結果は、第 46 回光ファイバー通信カンファレンス (OFC 2023) の締め切り後の論文発表として受理され、2023 年 3 月 9 日木曜日に発表されました。論文のタイトルは「ランダムに結合された 19 コア マルチコア ファイバーと標準クラッド直径。」

先進的な光ファイバーの研究は、増え続けるトラフィック需要に対処するために大きな注目を集めています。 NICTは、標準クラッド径の非結合マルチコアファイバで1.02ペタビット/秒、マルチモードファイバで1.53ペタビット/秒、ランダム結合マルチコアファイバで0.17ペタビット/秒の伝送容量を達成した。

しかし、非結合マルチコアファイバの場合、コア間の信号干渉を抑えるためにコアの数が制限されるため、容量の増加が困難になります。 一方、マルチモードファイバ伝送では、各モードの伝搬特性が大きく異なるため、長距離伝送には課題が生じます。 ランダム結合マルチコアファイバは、MIMOデジタル信号処理によりこれらの限界を克服し、将来の長距離・大容量光通信システムの伝送媒体として期待されています。 ただし、正確なコアの配置が必要であり、標準のクラッド直径を持つランダムに結合されたマルチコア ファイバのコアの最大数は 12 でした。

本研究では、SEIが標準クラッド径のランダム結合19コアファイバを設計・製作し、NICTがこのファイバの性能を最大限に発揮する伝送システムを構築しました。 実験では、毎秒1.7ペタビットのデータが63.5kmにわたって送信されました。 このファイバは、コアの構造と配置を最適化することで、標準クラッド径内に世界最大のコア数を収容するとともに、コア（光信号経路）間のランダム結合を実現し、伝搬特性の違いを抑制しました。 さらに、マッコーリー大学は、従来のシングルモード光ファイバーとのインターフェースとして使用できる、3 次元レーザー刻印コア マルチプレクサおよびデマルチプレクサを製造しました。

ランダムに結合されたマルチコア ファイバの伝送性能を適切に評価するには、すべてのコアから信号を受信し、MIMO 処理を使用して同時に復調する必要があります。 NICTは、19芯の信号を同時に高速シンボルレートで受信できる光伝送システムを構築した。 NICTは、一般的に使用されている波長帯（C帯およびL帯）と偏波多重64QAM信号を用いて、伝送距離63.5kmで合計1.7ペタビット/秒の伝送容量を実証しました。 光信号経路間の伝播時間遅延の差が小さく、信号処理の消費電力を大幅に削減できます。

「Beyond 5G」（6G）社会では、誰もがどこでも活躍できるよう、大容量のデータ通信インフラに支えられたサイバーフィジカルシステムが求められています。 一方で、環境負荷を低減するには、データ通信に伴う電力消費を最小限に抑える必要があります。 このような社会的要請を考慮すると、本研究のランダム結合19コアファイバは、次世代長距離伝送媒体の最も有望な候補の1つです。

研究者らは、伝送距離の延長と波長帯域の拡大による容量の増加、19コアファイバーと互換性のある新しいデバイスの開発、スイッチングなどの高度なネットワーク機能の実証、および将来の展開の実現可能性の調査を計画しています。