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世界初,マルチモード光ファイバで毎秒1ペタビット伝送成功 ~シングルコア・15モード光ファイバによる大容量伝送~

 国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)は2020年12月17日,同機構ネットワークシステム研究所のラーデマッハ ゲオルグ フレデリック研究員らのグループが,NOKIA Bell Labs(ベル研:米国の通信研究所),Prysmian Group(イタリアの通信ケーブルメーカー)と共同で,シングルコア・15モード光ファイバを用い,毎秒1ペタビット(Pbps: 1015 bit/second)超の光伝送実験に成功したと発表した.本成果は,ベルギーのブリュッセルがホストとなりバーチャルで2020年12月に開催されたECOC 2020(第46回欧州光通信国際会議で報告された(注).

 増大し続ける通信量に対応するため,従来の単一コア・単一モード光ファイバ(SMF)に代えて,光の通り道であるコア数を増やしたマルチコア光ファイバ(MCF)や,コア中を光が伝搬する複数の横モードを用いたマルチモード光ファイバ(MMF)の研究が活発化している.MMFは従来のSMFと同一外径(125μm)であるので,MCFと比較すると空間多重密度が高く製造技術が容易で,高密度大容量伝送が期待される.しかし,モード数が多くなるとモード多重伝送用の合波器/分波器が巨大化し,受信側ではモード分離後の信号品質が劣化,さらにモード間の伝搬速度差を補正する信号処理が増大する課題があった.

 この課題に対し本研究では,Prysmianの単一コア・15モード光ファイバ,ベル研の多重反射位相板によるモード合波器/分波器を利用し,NICTが広帯域382波長多重技術を加えた伝送システムを構築し,毎秒1.01Pbps光信号の23km伝送に成功した.15モードMMFはコア径28μmで,最低次から15次までの横モードを伝搬し,それ以上のモードを制限すると共に,モード間の遅延差を最小化した.マルチモード多重を行うには,基本横モードから高次横モードへの変換と多重化を行う合波器が必要となり,従来の合波器/分波器はモード数と同じ光学部品数が必要で大型(6モードの場合,数10cm幅程度)であった.今回は,横モードの変換を行う複数の位相板を並べた位相板面とミラーとの間でビームが複数回反射することでモード変換する,小型(1.8cm)・低損失・高精度な多重反射位相板を使用した.

 波長多重技術では,多数の均一な波長多重光を生成する光コムを光源とし,Cバンド(1530~1565nm)とLバンド(1565~1625nm)をカバーする382波長多重信号を生成した.各波長に対して偏波多重64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)変調を行い,多重反射位相板でモード合波をしてから,15モードMMFに入射させた.23kmのMMF伝送後に,MMFからの出射光を多重反射位相板によってモード分波し,15モード夫々に対して波長分波してから電気信号に変換する.マルチモード伝送ではモードにより光信号の到着時間が異なるため,15モードの電気信号からモード間干渉を除去し,各モードの信号を復元するMIMO(Multiple Input Multiple Output)ディジタル信号処理を行い,1Pbps光伝送を実現した.

 今後,大容量マルチモード伝送の長距離化や,マルチコア技術との融合の可能性を追求し,将来の大容量光伝送技術の基盤を確立していく,としている.

(注)Georg Rademacher, Benjamin J. Puttnam, Ruben S. Luís, Tobias A. Eriksson, Nicolas K. Fon-taine,  Mikael Mazur, Haoshuo Chen, Roland Ryf, David T. Neilson, Pierre Sillard, Frank Achten, Yoshinari Awaji, and Hideaki Furukawa, "1.01 Peta-bit/s C+L-band transmission over a 15-mode fiber", 46th European Conference on Optical Communications(ECOC 2020)Post-Deadline Paper, 10 Decem-ber 2020