IoTや5Gサービスなど新しい情報通信サービスの普及に伴い、通信トラフィックは今後も増え続けることが予測されており、基幹系の光通信ネットワークにおいてもさらなる大容量化を経済的に実現することが求められています。経済性の観点では、光信号１波長当りの伝送容量を拡大することが有効であり、信号のシンボルレートを上げ、１シンボル当りの変調多値度を上げることで、１波長当り毎秒１テラビット容量の光信号を複数波長多重した長距離光伝送の実現が望まれていました。
１波長当りの伝送容量を拡大するためには、シリコンCMOSによる半導体回路の速度限界を克服する必要があります。これまでNTTではAMUXを用いてシリコンCMOSの速度限界を打破する帯域ダブラ技術を使った光伝送方式ならびに集積デバイスの研究開発を進めており、100ギガボーを超えるシンボルレートの光信号生成に成功しています。しかしながら、光フロントエンド回路部の不完全性(信号経路長差や信号経路による損失ばらつき等)のため、１波長当り毎秒１テラビットの高速かつ長距離の波長多重伝送が可能な品質の光多値信号を生成することは困難でした。

今回、独自の多値信号の高精度校正を可能とするデジタル信号処理技術および超広帯域な光フロントエンド集積デバイス技術(図)により、１波長当り毎秒１テラビットを長距離伝送する波長多重光伝送実験に世界で初めて成功しました。光フロントエンド回路部に内製InP HBTによるAMUXを用いることにより120ギガボーのシンボルレートを実現し、かつ高精度校正技術により変調多値度の高い高品質なPDM-PS-64QAM光信号生成に成功しました。さらに、これを35波長多重して800 kmの伝送に成功しました。

これまで世の中で実現が困難であった、高シンボルレート(120ギガボー)の高品質な64QAM級光信号を生成できるので、１波長当り毎秒１テラビットを長距離伝送する大容量波長多重光通信システムの実現が期待されます。現在広く使われている１波長当り毎秒100ギガビットの10倍の伝送速度であり、IoTや5Gサービス普及に向けた大容量通信ネットワーク技術として期待されます。今回、AMUXと変調器ドライバ、光変調器(InP MZM)をハイブリッド集積した多重機能内蔵の光フロントエンドモジュールも実現し、192ギガボーまでのQPSK光信号、および160ギガボーまでの8QAM光信号の生成にも成功しており、今後光伝送実験に適用していく予定です。シリコンCMOSの変調速度限界を打破する超高速光通信向けの基盤技術として、さらなる進化をめざします。

AMUXによるアナログ多重機能を光フロントエンド回路部に導入することにより、シリコンCMOS回路部と光フロントエンド回路部の２つの回路ブロック間の電気信号の所要帯域を従来の半分に低減でき、回路実装を容易にすることができます。また、シリコンCMOSの速度限界を超えるシンボルレートの光信号を生成できます。さらに、光フロントエンド回路部の不完全性を高精度に校正する独自技術を導入することにより、64QAMまでの高い変調多値度を持つ高品質な光信号の生成に成功するとともに、800 kmまでの長距離波長多重伝送に成功しました。