既存の光ファイバ伝送で、伝送容量と周波数帯域の世界記録を達成

マルチバンド波長多重技術により光通信インフラの通信容量を拡大

2024年3月29日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ポイント
■　既存光ファイバの伝送容量の世界記録を更新する、毎秒378.9テラビットの伝送を実証
■　世界最大の37.6テラヘルツの周波数帯域を利用し、伝送容量を拡大
■　通信需要が高まる将来において、光通信インフラの通信容量拡大に大きく貢献

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー）、理事長: 徳田 英幸）フォトニックネットワーク研究室を中心とした国際共同研究グループは、光ファイバ伝送で世界最大の37.6テラヘルツの周波数帯域を活用し、毎秒378.9テラビットの伝送実験に成功し、既存光ファイバの伝送容量の世界記録を達成しました。
　今回は、商用の長距離光ファイバ伝送システムで利用されている波長帯（C帯、L帯）に加え、今後の利用が期待される波長帯（O帯、E帯、S帯、U帯）を活用したマルチバンド波長多重技術により、大容量化を図りました。さらに、各波長帯に最適な光増幅方式を活用して全波長帯に対応した光ファイバ伝送システムを開発し、大容量伝送実験に成功しました。今回の技術は、通信需要が高まる将来において、光通信インフラの通信容量拡大に大きく貢献することが期待されます。
　なお、本成果の論文は、米国サンディエゴにて開催された第47回光ファイバ通信国際会議（OFC 2024）にて非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間2024年3月28日（木）に発表しました。

背景
　増大し続ける通信需要を支えるために、光ネットワークの大容量化が求められています。近年、光ファイバの利用可能な波長帯を拡大したマルチバンド波長多重技術の研究が進んでいます。既に配備されている光ネットワークにおいて、新たな波長帯の利用は光ファイバケーブルを増設せずに通信容量を増やせるため、経済的な大容量化方法として有用です。また、研究が進んでいる新型光ファイバとマルチバンド波長多重技術を組み合わせることで、将来にわたって光ネットワークの大容量化が可能となります。
　これまでNICTは、商用の長距離光ファイバ伝送システムで利用されている波長帯（C帯、L帯）に加え、一般的に商用化されていないS帯、E帯を利用可能にした光ファイバ伝送システムを開発し、大容量伝送を実証してきました。更なる大容量化を実現するためには、新たにO帯、U帯を利用して波長帯を拡大する必要がありますが、これら全ての波長帯に対応した光ファイバ伝送システムは実現されていませんでした。

今回の成果
【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202403288722-O5-12YcK5sZ】

　
　NICTは、O帯、E帯、S帯、C帯、L帯、U帯を合わせて世界最大の37.6テラヘルツの周波数帯域幅、1,505の波長数を使用可能にしたマルチバンド波長多重技術をベースとした光ファイバ伝送システムの設計・構築を行いました。伝送システムは、光ファイバ、光増幅器、送受信器、光スペクトル整形器、合波器/分波器などから成ります。国際共同研究グループが製作したO帯向けビスマス添加ファイバ光増幅器やU帯ラマン増幅器、O帯・U帯用の光スペクトル整形器など、各波長帯に対応した光ファイバ増幅器・光スペクトル整形器を駆使し、光ファイバの波長特性に合わせて全波長帯の光信号強度を最適設計し、毎秒378.9テラビットの波長多重信号の50 km伝送を達成しました。信号の変調には、情報量が多い偏波多重QAM方式を使用し、16QAMをO帯、64QAMをE帯、U帯、256QAMをS帯、C帯、L帯に使用しました。過去の成果と比較して、伝送容量25%、周波数帯域幅35%の増加を達成し、それぞれ既存の光ファイバ伝送における世界記録を更新しました（図1参照）。

　今後、新しい通信サービスにより爆発的に通信量が増加することが予想されます。現在使用されている光ネットワークに新たな波長帯を導入することで、光ファイバケーブル増設などの多額の設備投資をせずに、伝送容量を経済的に増加させることができます。さらに、研究が進んでいる新型光ファイバとマルチバンド波長多重技術を組み合わせることで、将来にわたる通信需要の増大に対応可能な光ネットワークの実現が期待できます。
　なお、本実験結果の論文は、光ファイバ通信関係最大の国際会議である第47回光ファイバ通信国際会議（OFC 2024、開催地: 米国サンディエゴ、3月24日（日）～3月28日（木））で非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間3月28日（木）に発表しました。

今後の展望
　今後は、光ネットワークの更なる大容量化を目指し、光ファイバにおける波長帯の拡張を目指します。また、マルチバンド波長多重技術と新型光ファイバを駆使して、将来の通信需要を支える光通信インフラの基盤を確立していきたいと考えています。

採択論文
国際会議: OFC 2024 最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）
論文名: 402 Tb/s GMI data-rate OESCLU-band Transmission
著者名: B. J. Puttnam, R. S. Luis, I. Phillips, M. Tan, A. Donodin, D. Pratiwi, L. Dallachiesa, Y. Huang, M. Mazur, N. K. Fontaine, H. Chen, D. Chung, V. Ho, D. Orsuti, B. Boriboon, G. Rademacher, L. Palmieri, R. Man, R. Ryf, D. T. Neilson, W. Forysiak and H. Furukawa

関連する過去のNICTの報道発表
・2023年11月30日 「既存の光ファイバにおける伝送容量の世界記録更新、毎秒301テラビット伝送を実証」
　https://www.nict.go.jp/press/2023/11/30-2.html
・2022年5月19日 「世界初、4コア光ファイバで毎秒1ペタビット伝送に成功」
　https://www.nict.go.jp/press/2022/05/19-1.html