ポイント

■ 世界で初めて、標準外径の19コア光ファイバで、毎秒1.02ペタビットの1,808 km伝送に成功

■ 複数の波長帯で損失低減を実現した標準外径の19コア光ファイバと、その光ファイバに対応した光増幅中継機能を開発できたことで達成

■ 通信需要が高まる将来の光通信インフラの通信容量拡大と長距離化の両面で大きく貢献

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT（エヌアイシーティー）、理事長: 徳田 英幸）及び住友電気工業株式会社（住友電工、社長: 井上 治）は、標準外径（0.125 mm）の19コア光ファイバで、毎秒1.02ペタビットの1,808 km伝送（おおよそ札幌-福岡間の距離に相当）の実験に成功しました。この結果は、伝送能力の一般的な指標である「伝送容量と距離の積」に換算すると、1.86エクサビット/秒・kmとなり、標準外径の光ファイバにおける世界記録の更新となります。

　標準外径の19コア光ファイバは、これまでに毎秒1ペタビットを超える伝送容量は実証されてきましたが、1,000 kmを超える長距離の伝送までは実証されていませんでした。今回、商用の光ファイバ伝送システムで利用されている複数の波長帯で損失低減を実現した標準外径の19コア光ファイバと、その光ファイバに対応した光増幅中継機能を開発できたことで、長距離大容量伝送の世界記録を達成しました。今回開発した技術は、通信需要が高まる将来において、光通信インフラの通信容量拡大と長距離化の両面で大きく貢献すると期待されます。

　なお、本成果の論文は、米国サンフランシスコにて開催された第48回光ファイバ通信国際会議（OFC 2025）にて非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間2025年4月3日（木）に発表しました。

背景

　増大し続ける通信需要を支えるために、従来の光ファイバ伝送の限界を超えるマルチコア光ファイバなどの新型光ファイバと、それを用いた光伝送システムの研究が世界中で盛んに行われています。NICTは様々な標準外径光ファイバを用いた長距離大容量伝送を実証してきました（表1参照）。標準外径の非結合型4コア光ファイバでは、毎秒0.138ペタビット・12,345 kmの伝送容量・伝送距離を達成しています。しかし、非結合型マルチコア光ファイバでは、コア間の信号干渉抑制のためコア数が制限されるため、商用の長距離光ファイバ伝送システムで利用されている波長帯（C帯、L帯）に加え、一般的に商用化されていない波長帯（S帯）まで拡張する手法を用いて大容量化を実現しています。

　一方、マルチモード光ファイバや結合型マルチコア光ファイバを用いた伝送方式は、受信器におけるMIMOデジタル信号処理による干渉除去を前提に、非結合型マルチコア光ファイバのコア数制限を打破する次世代の大容量伝送技術として研究開発が行われています。これまでに、標準外径の15モード光ファイバを用いて毎秒0.273ペタビット・1,001 kmの伝送容量・伝送距離を達成しています。

　しかし、マルチモード光ファイバ伝送では、モードごとの伝搬特性の差が大きいため、更なる長距離化に向けては課題を抱えています。また、結合型マルチコア光ファイバを用いた伝送は、マルチモード光ファイバ伝送に比べ、各コアを伝搬する信号の伝搬特性は均一化されるので長距離伝送に適していますが、これまで、標準外径の結合型19コア光ファイバでは、毎秒1.7ペタビット・63.5 kmの伝送容量・伝送距離の実証に留まっており、長距離大容量伝送のための光ファイバの損失低減や光増幅中継機能の実現が課題でした。

図1 19コア光ファイバのイメージ図

今回の成果

表1 NICTによる標準外径の新型光ファイバによる長距離大容量伝送実証

　今回、住友電工は標準外径の結合型19コア光ファイバの設計・製造を担当し、コアの構造と配置の最適化により、複数の波長帯域（C帯、L帯）で光ファイバの損失低減を実現しました。NICTは19コアの信号を同時に増幅する機能を有する伝送システムの開発と実証を担当し、毎秒1.02ペタビット・1,808 kmの伝送容量・伝送距離を達成しました。

　伝送システムは、送信系、受信系、周回伝送系からなります。周回伝送系は、19コア光ファイバ、合波器/分波器、光増幅器、周回制御スイッチから構成されます。19コア光ファイバ用の光増幅中継機能は、各コアの光信号に対応するように並列にした19台の光増幅器により実現されます。19コア光ファイバの信号は、分波器により各コア用に分岐し、光増幅器により伝搬中の信号減衰が補償され、合波器により各コアの信号が再び光ファイバに入力されます。今回の実験では、送信系にてC、L帯における180波長の偏波多重16QAM信号を19コア多重して合計毎秒1.02ペタビットの光信号を生成し、1区間当たり86.1 kmの19コア光ファイバを19回周回させました。周回伝送後、受信系にて全コアの信号を一括で受信し、MIMOデジタル信号処理によってコア間の信号干渉を除去し、各波長のデータレートを測定しました。総伝送容量は毎秒1ペタビットを超えており、また、総伝送距離は、おおよそ札幌-福岡間に相当する1,808 kmとなり、国内の大都市を結ぶネットワークに適用できることが実証されました（表1参照）。伝送能力の一般的な指標である伝送容量と距離の積に換算すると、1.86エクサビット/秒・kmとなり、これは標準外径光ファイバの世界記録となります（表1参照）。

今後の展望

　Beyond 5G以降の社会では、新しい通信サービスにより爆発的に通信量が増加することが予想されており、高度な情報通信インフラの実現が求められます。本研究の結合型19コア光ファイバや光増幅中継機能による伝送システムにより、将来の大容量・長距離の光通信インフラの実現へ向けた技術開発が大きく進展しました。今後は、光増幅中継技術の更なる効率化やMIMOデジタル信号処理の高速化を進め、実用化の可能性を探求していきます。

　なお、本実験結果の論文は、光ファイバ通信関係最大の国際会議である第48回光ファイバ通信国際会議（OFC 2025、開催地: 米国サンフランシスコ、3月30日（日）～4月3日（木））で非常に高い評価を得て、最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）として採択され、現地時間4月3日（木）に発表しました。

各機関の役割分担

・NICT: 伝送システムの設計・開発、伝送実験

・住友電工: 結合型19コア光ファイバの設計・開発

採択論文

著者名: R. S. Luis, M. v. d. Hout, S. Gaiani, B. Kalla, D. Orsuti,　Y. Goto, G. Rademacher, B. J. Puttnam, A. Inoue, T. Nagashima, T. Hayashi, P. Boffi, T. Bradley, C. Okonkwo and H. Furukawa

論文名: 1.02 Petabit/s Transmission Over 1,808.1 km in a 19-Core Randomly-Coupled Multicore Fiber

国際会議: OFC 2025 最優秀ホットトピック論文（Postdeadline Paper）

関連する過去のNICTの報道発表

・2023年5月23日 「15モード光ファイバで毎秒273.6テラビット、1,001 km伝送実験成功」

　https://www.nict.go.jp/press/2023/05/23-1.html

・2023年3月15日 「世界初の標準外径19コア光ファイバを開発し、伝送容量の世界記録を更新」

　https://www.nict.go.jp/press/2023/03/15-1.html

・2021年6月21日 「世界記録更新、4コア光ファイバで毎秒319テラビット・3,001 km伝送達成」

　https://www.nict.go.jp/press/2021/06/21-1.html