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

光通信インフラの新たな波長領域を開拓する技術を開発して達成

2023年11月30日
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）

ポイント
■　既存の光ファイバの伝送容量で世界記録となる、毎秒301テラビットの伝送を実証
■　光ファイバの新しい波長領域の開拓に不可欠な光増幅器・光強度調整器を開発して達成
■　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、現在市中に敷設されているものと同じ、既存の光ファイバで世界最大の伝送容量となる毎秒301テラビットの伝送実験に成功し、従来の世界記録を更新しました。
　今回の記録は、既存の光ファイバでは未使用であった新しい波長領域を開拓するために光増幅器と光強度調整器を新たに開発し、多数の波長を利用可能にすることで達成できました。今回開発した技術は、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、英国グラスゴーにて開催された第49回欧州光通信国際会議（ECOC 2023）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2023年10月5日（木）に発表しました。

背景
　増大し続ける通信量に対応するために、光ファイバの使用可能な波長領域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。新たな波長領域の利用は、既に配備されている既存の光ファイバを用いた伝送システムの寿命を延ばし、多額の設備投資をせずに通信容量を増やす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、将来にわたって光ファイバ伝送システムの大容量化が可能となります。
　これまでNICTは、希土類添加光ファイバを使った増幅器とラマン増幅の増幅方式を駆使して、商用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帯も使用した光ファイバ伝送システムを構築し、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、新たな波長領域の開拓が必要ですが、これまでE帯を含んだマルチバンド波長多重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/202311273394-O1-7sN12kO7】
図1 マルチバンド波長多重光ファイバ伝送イメージ

　NICTは、国際共同研究グループが製作したE帯向けビスマス添加ファイバ光増幅器・光強度調整器を利用して、既存の光ファイバで世界最大の波長領域を持つ光ファイバ伝送システムを開発しました。伝送システムは、光ファイバ、複数の光増幅器（ビスマス添加光ファイバ増幅器、ツリウム添加光ファイバ増幅器、エルビウム添加光ファイバ増幅器、ラマン増幅）、送受信器、光強度調整器、合波器/分波器などから成ります。
　今回は、E帯、S帯、C帯、L帯を合わせて世界最大の27.8テラヘルツの周波数帯域幅（212 nmの波長幅）、1,097の波長数（E帯: 315波、S帯: 315波、C帯: 200波、L帯: 267波）を用いて、毎秒301テラビットの波長多重信号の51 km伝送を達成しました（図1、表1参照）。信号の変調には、情報量が多い偏波多重QAM方式を使用し、64QAMをE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23%、周波数帯域幅41%の増加を達成しました（表1参照）。

表1 過去の成果との比較
【画像：https://kyodonewsprwire.jp/img/202311273394-O2-8pT49K0L】

　Beyond 5Gでは、新しい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ファイバ伝送システムに、新たな波長領域を導入して伝送容量を増加させることで、既設システムの耐用年数の延長に貢献できます。さらに、新型光ファイバと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ファイバ伝送システム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の一つである第49回欧州光通信国際会議（ECOC 2023、開催地: 英国グラスゴー、10月1日（日）〜10月5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10月5日（木）に発表しました。

今後の展望
　今後は、光ファイバ伝送システムの更なる伝送能力の向上を目指し、波長領域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: ECOC 2023 最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）
論文名: 301 Tb/s E, S, C+L-Band Transmission over 212 nm bandwidth with E-band Bismuth-Doped Fiber Amplifier and Gain Equalizer
著者名: Benjamin. J. Puttnam, Ruben. S. Luis, Yetian Huang, Ian Phillips, Dicky Chung, Nicolas K. Fontaine, G. Rademacher, Mikael Mazur, Lauren Dallachiesa, Haoshuo Chen, Wladek Forysiak, Ray Man, Roland Ryf, David T. Neilson, and Hideaki Furukawa

関連する過去のNICTの報道発表
・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
・2021年6月21日 「世界記録更新、4コア光ファイバで毎秒319テラビット・3,001 km伝送達成」
　https://www.nict.go.jp/press/2021/06/21-1.html