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ネットジャーナル46

さらなる超高速・大容量が求められる光通信の未来のために
光ファイバ・デバイスの新技術を研究開発

写真:博士(工学)齊藤 晋聖 教授

情報科学研究科 メディアネットワーク専攻
情報通信システム講座  情報通信フォトニクス研究室・教授
博士(工学) 齊藤 晋聖

プロフィール

1997年北海道大学工学部電子工学科卒業。1999年同大学院工学研究科電子情報工学専攻修士課程修了。2001年同大学院工学研究科電子情報工学専攻博士後期課程修了、北海道大学大学院工学研究科助手。2004年より同大学院情報科学研究科助手、助教授(准教授)を経て、2013年に教授就任。専門研究分野は光ファイバ通信、光エレクトロニクス、光ファイバ応用技術、光・電波科学、計算科学。電子情報通信学会(IEICE)、アメリカ電気電子学会(IEEE)、アメリカ光学会(OSA)所属。

光ファイバ通信の限界をいかに打破するか

――情報通信フォトニクス研究室で取り組んでいるテーマはどのようなものですか。

齊藤 私たちの研究室では光通信の研究をしています。その目的は将来の超高速・大容量の光通信をいかに実現するかということです。具体的には光ファイバや光源、光の伝搬を制御するデバイスなどをトータルに考えた次世代光通信システムの研究開発です。

総務省の調べによると、日本国内のインターネットトラフィック量は急速に増大しており、2014年11月の時点で約3.6Tbps(1秒間に3.6テラバイト)、10年前と比較して約10倍になっています。今後20年間では1,000倍の大容量化が必要といわれ、これらのトラフィックを処理するには既存の光ファイバの限界を打ち破る新しい構造のファイバ開発が求められているのです。

現在使われている光ファイバの構造は、光が伝搬するコアと呼ばれる部分とその周辺を覆うクラッドに分かれ、直径125ミクロンのクラッドの中心に約十ミクロンのコアが通っています。これまでの光通信ネットワーク技術はTDM(時分割多重)とWDM(波長分割多重)の技術を高度化することで高速・大容量を実現してきました。しかし、既存の光ファイバ技術では1本の光ファイバの伝送容量は100Tbpsが限界で、その限界に達するまでにあと数年の猶予しかないと考えられています。

そうした問題を解決する技術として2009年頃から国内外で注目され始めているのがSDM(空間分割多重)です。SDMには大きく分けて3種類あり、1本の光ファイバにシングルモードのコアを複数有する「マルチコア」、ひとつのコアに複数の伝搬モード(光の伝搬の仕方)を有する「マルチモード」、1本の光ファイバにマルチモードのコアを複数有する「マルチコア&マルチモード」の3種類です(解説1)。

さらに、マルチコアには各コアから漏れた光信号が互いに干渉する問題があるため、コアとコアの間隔が40ミクロン程度離して使う「非結合型」と、コアの干渉を上手く活用することでコアの間隔を狭くする「結合型」などがあります。

光ファイバの研究開発は世界各国で精力的に進められているのですが、日本ではマルチコアファイバに関する研究開発が2010年頃からスタートしたという経緯があり、研究室でもマルチコアファイバを中心にしながらマルチコア&マルチモードファイバの研究に力を注いでいます。

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