世界初、従来比24倍115.2THzの超広帯域光ファイバ伝送実験に成功【KDDI、KDDI総合研究所、住友電工、古河電工、OFS】
データセンタ/LAN 無料6G時代のデータセンタ間の大容量高速通信を支え
KDDI、KDDI総合研究所、住友電気工業（以下、住友電工）、古河電気工業（以下、古河電工）、およびOFS Laboratories（以下、OFS）は10月20日、標準的な光ファイバと同じ250μmの光ファイバの中に12個の独立したコアを高密度に配置した非結合12コア光ファイバと、広帯域なO-band光ファイバ増幅器（以下、「BDFA」）を組み合わせることにより、標準光ファイバ径の光ファイバ伝送実験では世界最大（2023年10月20日KDDI総合研究所調べ）となる伝送帯域幅115.2THz（従来のC-bandに比べて約24倍）の超広帯域伝送実験（伝送容量484Tbps、伝送距離31km）に成功したと発表した。
今回の成果は、ECOC2023のポストデッドライン論文として報告されたものとなる。また、同研究開発の一部は、NEDOの委託業務として受託しているプロジェクト JPNP20017の結果、得られたものだという。
6G時代には、IoT端末やモビリティサービスの普及により、現在よりもはるかに膨大で多様なデータがネットワークを流れることが想定され、ネットワークを支えるためには光ファイバ通信の容量をより拡大することが不可欠だ。今回の成果は、6G時代のデータセンタ間の大容量高速通信を支える技術となる。また、光ファイバ1本あたりの通信容量を大幅に拡大できることから、より少ないファイバ心線数で同じ通信容量を確保することができ、通常の管路や設備を省スペースで活用することが可能な技術として期待される。
今回の成果
背景
6G時代のネットワークを支えるためには光ファイバ通信の容量をより拡大することが求められている。
これまで、KDDI総合研究所、住友電工、古河電工は1本の光ファイバに複数のコアがあるマルチコア光ファイバの実用化に向けた取り組みを進めてきた。また、KDDI総合研究所、古河電工、OFSは、2023年3月に、新たにC-bandやL-bandの約2倍の伝送帯域があるO-bandの活用に向けて、O-bandコヒーレントDWDM伝送実験を行い成功した。さらに、住友電工は2023年3月に、高密度光ケーブルの実現に適した、標準的な光ファイバと同じ250μmの太さの高密度非結合12コア光ファイバを発表している。
今回の成果
今回、KDDI、KDDI総合研究所、住友電工、古河電工、OFSは、標準的な光ファイバと同じ250μmの太さの高密度非結合12コア光ファイバを用い、コア間クロストークの影響が大幅に低減されたO-bandコヒーレントDWDM伝送技術を組み合わせることで、伝送帯域幅115.2THzの大容量伝送実験に成功した。
各社の役割
KDDI、KDDI総合研究所
大容量伝送を可能にする双方向O-bandコヒーレントDWDM伝送技術の開発
双方向O-bandコヒーレントDWDM伝送システムのイメージ図
古河電工、OFS
光ファイバの損失を広帯域にわたって1台で効率よく補償するO帯ビスマス添加光ファイバ増幅器の開発
O-bandビスマス添加光ファイバ増幅器（BDFA）の構造
住友電工
ファイバ1本あたりの通信容量を大幅に向上させる高密度非結合12コア光ファイバの開発
従来の光ファイバ（左）と同じ標準的な250μmのコーティング外径の中に12個のコアを高密度に配置した12コア光ファイバ（右）のイメージ図
O-bandは、C-bandに比べて波長分散の影響が小さいため、波長分散を補償するための信号処理負荷を軽減できるという特長があるが、非線形光学効果により光信号の品質が劣化しやすいという難点がある。そのため、O-bandは光ファイバ通信システムを大容量化するには不向きであるとされてきた。KDDI総合研究所は、光信号の送信パワーを最適化することで非線形光学効果を抑圧し、大容量伝送を可能にするO-bandコヒーレントDWDM伝送技術を開発した。
光ファイバ通信の大容量化には、より多くの光信号を波長多重することが有効だが、そのためにはより広い波長帯域を増幅する光ファイバ増幅器が求められる。古河電工とOFSが開発したBDFAは、C-bandとL-bandを合わせた帯域よりも広いO-band全域にわたって光信号を増幅することが可能だ。同実験では、O-bandのうち9.6THzにわたってコヒーレントDWDM信号を増幅したことにより、C＋L-bandに匹敵する超広帯域を実現できることを示した。
さらに、1本の光ファイバの中に複数の光信号の通り道であるコアを配置するマルチコア光ファイバを適用すれば、光ファイバ1本あたりの通信容量をコア数の分だけ拡大できる。住友電工は、C-bandに比べてO-bandの光信号がコアにより強く閉じ込められることに着目し、標準的な光ファイバの外径である250μmの中に独立した12個のコアを高密度に集積配置した非結合12コア光ファイバを開発した。
これらの3つの技術を組み合わせることで、光ファイバ1本あたりの利用可能な帯域の合計を115.2THzまで拡張できることを示し、その一例として484Tbps大容量伝送実験に成功した。これは、複数の波長帯域を組み合わせていない、単一の波長帯域の実証実験としては世界最大の帯域幅と通信容量となる。
今後の展望
五社は「今後は、データセンタ間通信容量の更なる大容量化をめざし、超広帯域O-bandコヒーレントDWDM伝送システムの実用化に向けて、送受信機や光ファイバ増幅器、ならびにデジタル信号処理アルゴリズムの研究開発を進めていく」との考えを示している。
