光イーサネットの飛躍的な通信容量拡大のための波長・モード多重技術に関する研究

Research Project

Project/Area Number	22KJ0053
Project/Area Number (Other)	22J10511 (2022)
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2022)
Section	国内
Review Section	Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	中村航大北海道大学, 情報科学院, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords	次世代光通信 / テラビットイーサネット / モード分割多重 / シリコンフォトニクス
Outline of Research at the Start	本研究では，データセンター等の短距離通信で利用される，光イーサネットの通信容量拡大を目指しています．これまでの光イーサネット規格では400Gbpsの通信容量でしたが，情報社会の発展に伴い，更に大容量な光通信規格の実現が求められています．従来，主に波長分割多重と呼ばれる，複数の波長にそれぞれ信号を乗せる技術を用いて通信容量を拡大していました．しかし，様々な理由から，波長分割多重のみでの通信容量拡大は限界に達しつつあります．そこで，新たな多重軸として，モード（導波路中を伝搬する光における音階のようなもの）の利用を提案し，その実現に必要な光学素子の設計を行っています．
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，モード分割多重技術を利用した次世代光通信システムの実現である．現在，光イーサネットの400G規格で利用されている波長利用方式を変更せずにテラビットスケールの光通信システムを実現するためには，最低でも3つの伝搬モードを多重可能なデバイスが必要となる．そこで本研究では， 3つのモードを多重可能なモード制御デバイスの実現を目指している．次世代光通信システムで利用するモード合波器においては、「小型かつ製造誤差に強い」ことが求められる。 2022年度において達成したのは、①製造誤差に強いモード合波器設計のための新設計理論の開発とその実験的検証、②光学素子自動最適設計のための新設計技術の開発の二つである。①に関しては国内学会での成果報告を行っており、②に関しては、論文誌での出版を行っている。本研究の最終目的は「小型かつ製造誤差に強いモード合波器」の実現であるが、①の達成により、残る達成課題は「素子の小型化」のみとなっている。素子の小型化に関しては、②で達成した自動最適化設計技術を利用することで達成できる見込みである。 ①で提案している新たな設計理論に基づくと、非常に高性能な素子を設計できるが、設計パラメータも非常に多く、場合によっては設計パラメータの組み合わせが天文学的数字になる場合もある。そこで、②で達成したような自動設計技術による最適設計を取り入れることで、「小型かつ製造誤差に強いモード合波器」を現実的な設計時間で設計できると考えている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初の予定では、2022年度内に試作と試作素子の実験的検証が完了している予定だったが、まだ実験的検証が完了していない。これは、研究室設備の不調や測定系の変更などより測定系を利用できる期間が短かったことと、試作素子の作成がやや遅れたことが原因である。
Strategy for Future Research Activity	残る課題は、試作素子の実験的検証と、小型化のための自動設計技術の開発であるが、両方ともにすでに達成の目途はついており、このまま研究を進めることで完遂できると考えている。