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

本研究に参加している研究グループは以下のとおりである。
NICTフォトニックネットワーク研究室: 伝送システムの開発
ベル研究所（Nokia Bell Labs、米国）、アストン大学（Aston University、英国）: E帯用の光強度調整器の開発
アモニクス（Amonics、香港）: E帯用のビスマス添加光ファイバ増幅器の開発

1テラビットは1兆ビット、1ギガビットは10億ビット。

光通信用途で主として用いられている波長領域は、C帯（Conventional band、波長1,530～1,565 nm）とL帯（Long wavelength band、波長1,565～1625 nm）、その他にT帯（Thousand band、波長1,000～1,260 nm）、O帯（Original band、波長1,260～1,360 nm）、E帯（Extended band、波長1,360～1,460 nm）、S帯（Short wavelength band、波長1,460～1,530 nm）、U帯（Ultralong wavelength band、波長1,625～1,675 nm）がある。

現在の長距離向けの光ファイバ伝送システムでは、主にC帯が利用されていて、波長数は80程度である。また、L帯も一部で商用に利用されている。それに対し、T帯、O帯、E帯、S帯、U帯などは開拓中の新しい波長領域であり、商用化が進んでいない。今回はE、S、C、L帯を使用した。

光ファイバは、同軸ケーブルなどと比較して伝送損失が非常に小さいが、数10 kmを超える伝送では光信号が減衰していく。そのため、長距離伝送システムでは、光増幅器を用い伝送損失を補償することで、大幅な長距離化を実現する。光増幅方式は、エルビウム（Er）やツリウム（Tm）などの希土類元素やビスマス（Bi）を添加した光ファイバを使った増幅、ラマン増幅、半導体による光増幅がある。

希土類元素やビスマスを添加した光ファイバを使った増幅器は、光ファイバへ大パワーの励起光を照射することによって、励起光より長波長の信号光の増幅現象が生じることを利用した光信号増幅システムである。

光信号の強度を調整する機器。光回折格子、空間光変調器などから構成された多数の波長の光信号を一台で調整可能な機器も存在する。今回は、E帯における多数の波長を一台で調整する光強度調整器を開発した。

異なる波長の光信号を1本の光ファイバで伝送する方式を波長多重伝送方式と呼ぶ。現在の長距離向けの光ファイバ伝送システムでは、C帯やL帯の波長多重伝送方式が利用されている。T帯、O帯、E帯、S帯、U帯などの波長領域は商用化が進んでいないが、これらの新しい波長領域を含んだ波長多重技術をマルチバンド波長多重技術とも呼ぶ。

現在、中・長距離光通信用に普及している既存の光ファイバは国際規格で定められたシングルコア・シングルモードファイバである。更なる容量増加を目的として、コア（光の通り道）を増やしたマルチコアファイバや、マルチモード・マルチコアファイバの研究が進められている。

光ファイバの材料であるガラス素材における誘導ラマン散乱を利用した光信号増幅方式。希土類添加ファイバ光増幅器と同様に、大パワーの励起光の照射によって、励起光より長波長の信号光の増幅現象が生じる。

Benjamin J. Puttnam, et.al., “S-, C- and L-band transmission over a 157 nm bandwidth using doped fiber and distributed Raman amplification”, Opt. Express, vol. 30, no. 6, p. 10011, Mar. 2022.