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ナノテク情報

デバイス・応用

40Gbpsの光信号に対応した超小型の4波長多重光受信チップを開発 ~5Gネットワーク用基地局装置の小型化に貢献~

 国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO),技術研究組合 光電子融合基盤技術研究所(PETRA),沖電気工業株式会社(OKI)は2019年7月8日,シリコンフォトニクス技術の採用により,光通信に用いられる光トランシーバー(送受信モジュール)向けに世界最小のTWDM-PON(時・波長分割多重 パッシブ光ネットワーク)用光受信チップを開発し,受信動作を実証したとのニュースリリースを行った.本研究は,5Gネットワーク向けNEDOプロジェクト「超低消費電力型光エレクトロニクス実装システム技術開発」で行われ,本成果は光通信関連の国際学会OECC 2019で発表された(注).

 次世代の移動通信ネットワーク(5G)では,超高速,同時多数接続,低遅延の通信サービス提供のため,4Gまでのマイクロ波(周波数~3.6GHz)に比べ帯域の広いミリ波(~30GHz)近傍の電波を用いる.ミリ波は,マイクロ波に比べて減衰しやすく,物陰に回り込みにくいため,5Gネットワークは,4Gの基地局がカバーするエリアをスモールセルに分割してセルごとに基地局を設置する必要があり,5Gの基地局の数は4Gの約100倍に上る.親となる収容局と多数のスモールセルの基地局とを結ぶ光伝送には光のままで回線を束ねて伝送・分岐するパッシブ光ネットワーク(PON)が用いられ,5G用ではTWDM多重化光伝送方式が採用されるので,基地局ではONU(光回線終端装置)でこの光信号を電気信号に変換してミリ波で携帯端末と結ぶことになる.多数の基地局を設置するため,設置場所を選ばない小型スモールセル基地局が必要となり,これに内蔵される光トランシーバーには手のひらサイズの超小型化が求められる.

 研究グループはシリコンフォトニクス技術を用いて,TWDMに対応する4波長多重・偏波分離光受信モジュールを開発した.経路によるランダムな偏波状態の光信号を安定に受信できるように,波長多重化された光信号を2つの偏波成分に分離したのち4つの波長成分に分離し,波長ごとに偏波成分を合波する新光回路を用いている.光受信チップは,新たに開発した偏波分離回転素子,光波長フィルターとなるアレイ導波路型回折格子(AWG),ゲルマニウムフォトダイオードアレイなどの光素子を1チップ上に集積し,光導波路で接続して,チップサイズ4.85×3.39mm2という超小型化に成功した.これらを光ファイバーコネクター付きプロトタイプモジュールに実装すると,従来の個別部品で構成したものに比べ1/100以下のサイズとなる.この光受信モジュールは,ランダムな偏波状態の10Gbpsの光信号を,4つの異なる波長に切り替えて入力するTWDM光伝送実験で,合計40Gbpsの偏波無依存受信が可能であることを確認できた.

 今後は,光受信チップを高感度化し,光送信機能を集積して5Gネットワークスモールセル適用超小型光トランシーバーの開発に取り組むとともに,光学分析などの微小センサへの応用展開も図るとしている.

(注) Ono, Hideaki Okayama, Yosuke Onawa, Isao Tamai, Hiroyuki Takahashi, Satoshi Miyamura, Tatsushi Hasegawa, Masanori Itoh, Daisuke Shimura, Hiroki Yaegashi, and Hironori Sasaki, "Receiver Characteristics of 4ch Transceiver Module with Si Photonics Integrated Chip Suitable for TWDM-PON ONU", OECC(OptoElectronics and Communications Conference)2019, Oral Sessions O4. Optical Ac-tive Devices and Modules, [WD3] Ge-based Receivers, [WD3-3] Wed. Jul 10, 2019