KDDIら,フォトニック結晶レーザーで自由空間通信

KDDI,KDDI総合研究所,京都大学は,光を緻密制御するフォトニック結晶レーザーを用いた超高感度な自由空間光通信方式の実証に成功した(ニュースリリース)。

研究グループは,これまで,フォトニック結晶レーザーを用いた自由空間光通信の研究開発を行なってきた。

フォトニック結晶レーザーは光ファイバ増幅器などの大型装置を使わずに,単一の半導体デバイスだけで光ファイバ増幅器などを用いた場合と同等以上の送信パワーが実現できるため,通信システムの大幅な小型化や低消費電力化が期待されている。

フォトニック結晶レーザーを用いた自由空間光通信は,その小型・低消費電力の特長から宇宙空間での利用が想定される。さらに衛星間通信での活用に向けては,3万6,000kmを超える長距離をカバーする必要がある。

これまでの実証では強度変調・直接検波方式を用いていたが,長距離宇宙空間を見据えると,受信感度がより高い通信方式を適用することで通信距離を延伸する技術が求められていた。

研究グループは,フォトニック結晶レーザーの周波数変調とコヒーレント受信方式を組み合わせることで,出力光の強度が1億分の1に減衰しても通信可能な,新たな自由空間光通信方式の実証に成功した。通常,半導体レーザーに直接電流を注入すると,その電流に応じて半導体レーザーからの出力光の強度が変調される。

また,この過程において,出力光の強度のみならず周波数も同時に変調されることが知られている。今回この現象を積極的に活用し,送信側ではフォトニック結晶レーザーを従来の強度変調よりも効率的で大出力な周波数変調器として動作させることで,さらに受信側では,フォトニック結晶レーザーの狭線幅性を生かしたコヒーレント受信方式を取り入れることで,極めて弱い光信号でも受信できる,超高感度な自由空間光通信方式を考案した。

実験では0.5GbaudのNRZ電気信号によって,フォトニック結晶レーザーを直接駆動し,高出力光周波数変調信号を生成した。そしてこの光信号を1億分の1に減衰させ,コヒーレント受信後に復調を行なっても,もとの NRZ信号が復元できることを確認した。

研究グループは,フォトニック結晶レーザーを用いた,さらなる長距離かつ大容量な自由空間光通信を実現し,6G時代における宇宙空間での通信を支える光伝送技術の研究開発を推進していくとしている。

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