光ファイバ通信技術の開発状況と展望 編者注

学界と産業界は、様々な技術の応用を通じて、光ファイバ通信システムのスペクトル効率の限界にほぼ達しています。伝送容量をさらに増加させるには、システム帯域幅B（容量の線形増加）を拡大するか、信号対雑音比（SNR）を向上させるしかありません。具体的な議論は以下のとおりです。

1. 送信電力を上げるソリューション
高出力伝送による非線形効果は、光ファイバ断面積の有効面積を適切に増加させることで低減できるため、伝送にシングルモード光ファイバではなく、少数モード光ファイバを使用することが高出力化の解決策となります。また、現在、非線形効果に対する最も一般的な解決策は、デジタルバックプロパゲーション（DBP）アルゴリズムを使用することですが、アルゴリズムの性能向上は計算複雑性の増加につながります。近年、非線形補償における機械学習技術の研究は良好な応用見通しを示しており、アルゴリズムの複雑さを大幅に軽減しているため、将来的にはDBPシステムの設計を機械学習によって支援することが可能になります。

2.光増幅器の帯域幅を増やす
広帯域化は、EDFAの周波数帯域の限界を打破する可能性がある。CバンドとLバンドに加えて、Sバンドも適用範囲に含められ、SOAやラマン増幅器による増幅が可能になる。しかし、既存の光ファイバはSバンド以外の周波数帯域では損失が大きく、伝送損失を低減するためには新たな光ファイバの設計が必要となる。しかし、残りの帯域については、市販の光増幅技術の適用も課題となっている。

3. 低伝送損失光ファイバーの研究
低伝送損失光ファイバの研究は、この分野における最も重要な課題の一つです。中空コア光ファイバ（HCF）は伝送損失を低減できる可能性があり、光ファイバ伝送の遅延時間を低減し、光ファイバの非線形問題を大幅に解消することができます。

4. 空間分割多重関連技術の研究
空間分割多重化技術は、単一ファイバの容量を増やすための効果的なソリューションです。具体的には、マルチコア光ファイバを伝送に使用し、単一ファイバの容量を2倍にします。この点で核心的な問題は、より高効率の光増幅器があるかどうかです。そうでなければ、それは複数の単一コア光ファイバと同等にしかなりません。直線偏波モード、位相特異点に基づくOAMビーム、偏波特異点に基づく円筒ベクトルビームを含むモード分割多重化技術を使用すると、そのような技術はビーム多重化によって新たな自由度が提供され、光通信システムの容量が向上します。光ファイバ通信技術における幅広い応用展望がありますが、関連する光増幅器の研究も課題です。さらに、差動モード群遅延と多入力多出力デジタル等化技術によって引き起こされるシステムの複雑さをどのようにバランスさせるかにも注目に値します。

光ファイバ通信技術の発展の展望
光ファイバ通信技術は、初期の低速伝送から現在の高速伝送へと発展し、情報化社会を支える基幹技術の一つとなり、巨大な学問分野と社会分野を形成しています。今後、社会の情報伝送需要が高まるにつれて、光ファイバ通信システムとネットワーク技術は超大容量、インテリジェント化、統合化へと進化し、伝送性能を向上させながらコストを削減し続け、人々の生活に役立ち、国の情報化社会の構築に貢献します。CeiTaは多くの自然災害対策組織と協力しており、地震、洪水、津波などの地域の安全警報を予測できます。CeiTaのONUに接続するだけで、自然災害が発生すると、地震観測所が早期警報を発令し、ONU警報配下の端末が同期されます。

（１）インテリジェント光ネットワーク
無線通信システムと比較すると、インテリジェント光ネットワークの光通信システムとネットワークは、ネットワーク構成、ネットワーク保守、障害診断などの面でまだ初期段階にあり、インテリジェンス化の度合いが不十分です。一本の光ファイバの容量が非常に大きいため、光ファイバ障害の発生は経済社会に大きな影響を及ぼします。そのため、ネットワークパラメータの監視は、将来のインテリジェントネットワークの発展にとって非常に重要です。今後、この点で注目すべき研究方向としては、簡易コヒーレント技術と機械学習に基づくシステムパラメータ監視システム、コヒーレント信号解析と位相敏感光時間領域反射に基づく物理量監視技術などが挙げられます。

（２）統合技術・システム
デバイス統合の中核目的はコスト削減です。光ファイバ通信技術では、連続信号再生により短距離高速信号伝送を実現できます。しかし、位相および偏光状態回復の問題により、コヒーレントシステムの統合は依然として比較的困難です。さらに、大規模な光電光統合システムを実現できれば、システム容量も大幅に向上します。しかし、技術効率の低さ、複雑さの高さ、統合の難しさなどの要因により、光通信分野における全光2R（再増幅、再整形）、3R（再増幅、再タイミング、再整形）などの全光信号処理技術を広く推進することは不可能です。したがって、統合技術とシステムの観点から、将来の研究方向は次のとおりです。空間分割多重システムに関する既存の研究は比較的豊富ですが、空間分割多重システムの主要コンポーネントは、学界と産業界でまだ技術的なブレークスルーを達成しておらず、さらなる強化が必要です。集積レーザーと変調器、2次元集積受信機、高エネルギー効率の集積光増幅器などの研究。新しいタイプの光ファイバーはシステム帯域幅を大幅に拡大する可能性がありますが、その総合的なパフォーマンスと製造プロセスが既存の単一モードファイバーのレベルに到達できることを保証するために、さらなる研究が必要です。通信リンクで新しいファイバーとともに使用できるさまざまなデバイスを研究します。

（３）光通信機器
光通信デバイス分野において、シリコン光子デバイスの研究開発は初期の成果を上げている。しかしながら、現状では国内の関連研究は主に受動デバイスを基盤としており、能動デバイスの研究は比較的弱い。光通信デバイス分野における今後の研究方向としては、能動デバイスとシリコン光デバイスの集積化研究、非シリコン光デバイスの集積化技術の研究、例えばIII-V族材料と基板の集積化技術の研究、そして新たなデバイスの研究開発の更なる発展が挙げられる。例えば、高速・低消費電力といった利点を持つ集積型ニオブ酸リチウム光導波路などがその例である。