超高速通信、光関連部品、測定器の輸入販売 I-WAVE Corporation

東京大学大学院工学系研究科　教授
菊池和朗

インターネットを流れる情報トラフィックは，年率40%の増加率で伸び続けている。光ファイバ通信システムは，このような膨大なデータを流通させるグローバルネットワークのための基盤技術として，大きく発展してきた。しかし，ほとんどの光伝送システムで用いられている通信の原理そのものは極めて単純である。すなわち，デジタル符号"１"に対して光強度を"on"にし，符号"0"に対しては光強度を"off"にして，情報を伝送している。受信端では，図１(a)のように，フォトダイオードで光電界を自乗検波することにより光強度情報を得る。この方式は，強度変調(Intensity modulation: IM)・直接検波(Direct detection: DD)方式と呼ばれる。光ファイバや半導体レーザなどの光デバイスの優秀さにより，このような単純な方式でも，１波長あたり10Gbit/s，複数の波長を用いれば1Tbit/sもの伝送容量が商用システムにおいて可能になったのである。しかし現在，大容量コンテンツの配信を目的とするブロードバンドアクセスの普及により，光ファイバ通信システムには，さらなる超高速・大容量の信号伝送能力が要求されるようになっている。光強度のみを利用する従来技術の延長によってこれらの要求に対応することは，もはや困難になりつつある。

一方，無線通信の歴史を振り返ると，実はこのIMDD方式は，100年以上も前のマルコーニの時代における通信方式と同じものなのである。無線通信技術はその後，真空管を用いた正弦波発振器の開発，アームストロングによるスーパーヘテロダイン技術の発明を経て，電磁波の位相情報をフルに活用して情報を伝送する方式が定着し，現在の興隆をみるに至った。光通信技術も，さらなる発展を目指すには，無線技術と同様な位相情報の活用が不可欠と考えられる。

このような期待に応える技術が，コヒーレント光通信技術である。この方式では，図1(b)のように受信端に別途用意された連続波局部発振光（Local oscillator: LO）と信号光との干渉によって信号光の電界複素振幅を測定し，信号光の復調を行う。この技術は1980年代に精力的に研究され，フィールドテストが行われる段階まで開発が進んだ。しかしその後，IMDD方式の光ファイバ通信が大発展を遂げ，その陰に隠れて，コヒーレント光ファイバ通信の研究開発は20年以上にわたって中断されていた。しかし，2005年に従来のコヒーレント光通信技術と高速デジタル信号処理を組み合わせた，デジタルコヒーレント光通信方式が提案された。この方式では，信号光の位相雑音や偏波変動をデジタル領域で処理する。従来のコヒーレント光通信に比べてシステムの安定度が劇的に改善されるため，実用化に向けて世界各国で急速に研究開発が進んでいる。

デジタルコヒーレント受信器を用いれば，任意の多値光変調に対応できるだけでなく，電気領域での分散補償，偏波制御などの新しい機能が実現できる。これらの機能は，100ギガビットイーサーネット伝送の実用化に重要な役割を果たすことが期待されており，約２０年の停滞の時期を脱して，コヒーレント光通信技術の研究・開発が再び進展しつつある。1990年代にデジタル化によって飛躍的な高性能化を遂げた無線通信技術と同様に，コヒーレント光通信とデジタル信号処理の融合は必然的な技術の流れと考えられる。今後の更なる発展を期待したい。