光ファイバー送信機技術の進化: 将来の通信ネットワークを推進するコアエンジン

光ファイバー送信機の技術は、従来の通信分野から波及しつつあります。人工知能の分野では、高速光相互接続が計算のボトルネックを突破する鍵となります。-可視光通信 (VLC) では、6G に新しいスペクトル リソースを提供する可能性があります。マイクロ波フォトニクスなどの技術との統合により、センシング、イメージング、防衛などのより広範な分野にも適用できます。

01 技術の進化

の光ファイバー送信機光通信システムの中核コンポーネントである-は、単一機能モジュールからインテリジェントで高効率のシステムへと変革を遂げています。-初期の光ファイバー送信機は主に基本的な電気光変換を実行していましたが、現在では通信ネットワーク全体のパフォーマンスを決定する重要な要素となっています。-

フラウンホーファー研究所の最新の研究によると、従来の光ファイバー システムはもはや将来のアプリケーションの要求を満たすことができません。このため、研究者は、波長選択スイッチや空間分割多重を使用してネットワーク容量と柔軟性を強化するなど、より高度な光ファイバー送信技術の開発を余儀なくされています。{1}

技術進化における重要な方向性は、スペクトル効率の向上です。研究者らは、スペクトル分解能を従来の 100 GHz から 25 GHz に高める新しいタイプの回折格子を開発しました。これにより、データ伝送の周波数帯域が狭くなり、データ パケットが小さくなり、同じ光ファイバー内でより多くのデータ パケットを同時に伝送できるようになります。

02 パフォーマンス上の利点

光ファイバー送信機が現代の通信ネットワークの中核となっている理由は、その多面的な性能上の利点にあります。高速伝送機能は最も顕著な機能の 1 つであり、Gbps 以上のデータ転送速度をサポートします。

この特性により、データセンターの相互接続やブロードバンド アクセスなど、大量のデータ送信が必要なシナリオに広く適用できます。対照的に、従来の銅線ケーブルは、同等の条件下では伝送速度と距離の両方が大幅に制限されます。

光ファイバートランスミッターは光信号を使用してデータを送信するため、従来の銅線ケーブルに比べて伝送損失と減衰が低くなります。これは、信号が長距離にわたって高品質と安定性を維持できることを意味し、信号減衰による通信品質への影響が軽減されます。

このプロパティは、メトロポリタン エリア ネットワーク（MAN）やワイド エリア ネットワーク（WAN）など、長距離のカバレッジを必要とするシナリオで特に重要です。{0}光ファイバー送信機数十キロメートル、さらには数百キロメートルにわたるデータ伝送を実現できます。

光ファイバートランスミッターは、送信中に外部の電磁干渉の影響を受けにくくなります。ケーブル伝送と比較して、信号の整合性と安定性をより適切に維持でき、環境要因の影響を受けにくく、安全で信頼性の高いデータ転送が保証されます。

03 応用シナリオ

光ファイバー送信機の応用シナリオは、従来の電気通信から複数の新興産業にまで拡大しています。それらのパフォーマンス特性によって、さまざまなシナリオへの適合性が決まります。

次の表は、さまざまなアプリケーション シナリオにおける光ファイバー トランスミッターのパフォーマンス要件を比較しています。

データセンターの相互接続の分野では、小型で軽量な性質が特徴です。光ファイバー送信機スペースに制約のある環境でも柔軟なレイアウトと設置が可能になります。{0}光モジュールとパッチ コードを使用すると、高密度のケーブル配線とポートの展開が可能になり、インターフェース密度と機器のコンパクトさに対する大規模データセンターの要求に応えます。{2}

自動運転車、6Gモバイル通信、量子通信などの新技術の発展に伴い、光ファイバーネットワークの需要は増加し続けています。これらのアプリケーションでは、より高いデータ伝送速度とより低い遅延が必要ですが、従来の光ファイバー送信機ではもはや完全には満足できません。

ドイツのフラウンホーファー研究所が開発した WESORAM プロジェクトは、8 つの入力チャンネルから 16 の出力チャンネルに信号を任意にルーティングする機能を実証することに成功しました。この「クロスコネクト」機能により、ネットワーク容量が増加し、データ ストリームの送信とルーティングの柔軟性が向上します。

特別に設計された光ファイバー送信機も、ケーブル テレビ (CATV) ネットワークで重要な役割を果たします。たとえば、EMCORE の I- タイプ メダリオン 6000 シリーズ 1550 nm 外部変調送信機は、国際 CATV システム用に最適化されており、最大 150 キロメートルのファイバー リンクをサポートします。

04 業界の進歩

光ファイバー送信技術は急速に発展しており、数多くの革新的な研究プロジェクトがこの分野の進歩を推進しています。科学者たちは、光ファイバー通信速度の大きな進歩を達成し、長さ約 8- キロメートルのファイバーで 1.84 Pbit/s の伝送速度を実現しました。

この速度は、1 秒あたり約 236 台の 1- ハードドライブからのデータ送信に相当し、現在の全世界のインターネット トラフィックの約 2 倍になります。さらに注目すべきは、研究チームが「単一レーザー+単一光チップ」のみを使用して初めて1Pbit/sを超える速度を達成したことである。

光周波数コム技術がこの画期的な進歩の鍵でした。この技術は、赤外線レーザーからの光を多くの色で構成される虹のスペクトルに変換し、各単色光の周波数と周波数差が固定されているため、波長分割多重に適しています。

生成された光はすべてコヒーレントであるため、異なるチャネル間で共同デジタル信号処理が可能となり、最終的にデータ伝送速度が大幅に高速化されます。

マルチコア ファイバー テクノロジーでも大きな進歩が見られました。{0}米国国立標準技術研究所 (NIST) の研究チームは、数十キロメートルにわたって展開されたマルチコア ファイバー内で、超安定な光原子時計信号が通信データと並行して送信できることを初めて実証しました。-

これは、新興の大容量ファイバー ネットワークが大量のデータを送信できるだけでなく、世界中の原子時計を高精度で同期できる可能性があることを意味します。{0}

05 挑戦と未来

大きな進歩にもかかわらず、光ファイバー送信技術は依然としていくつかの課題に直面しています。コストもその 1 つであり、特に波長分割多重 (WDM) システムでは、精密な波長調整の必要性もあって、光コンポーネントや光電子コンポーネントのコストが高くなります。

これらのコンポーネントで使用される誘電体の物理的特性は温度に依存します。-この温度感度により、フィルターの波長が変化する可能性があります。

フラウンホーファー HHI 研究所によって開始された OPTIMUX プロジェクトは、伝送パス全体に対する革新的で効率的な多重化ソリューションの開発に専念しています。このプロジェクトは、空間多重化を使用した光ファイバー データ伝送の最適な多重化戦略に焦点を当てており、300 GBd もの高いシンボル レートの達成を目指しています。

デジタル化の急速な発展とデータ駆動型アプリケーションの台頭により、既存のネットワーク インフラストラクチャは限界に近づいています。{0}波長分割多重化は一般的な方法ですが、空間多重化はネットワーク最適化のための新しい経路を提供します。複数のファイバーコアと伝送モードを利用することで、容量を大幅に増加できます。