OからLへ：光波長帯の進化

光ファイバー通信システムでは、従来のOバンドからU/XLバンドまで、複数の伝送帯域が定義・標準化されています。EバンドとU/XLバンドは、伝送損失が大きいため、一般的には避けられてきました。Eバンドは水ピーク領域を表し、U/XLバンドは石英ガラスの伝送ウィンドウの限界に位置します。

都市間および地下鉄の環状光ファイバーは、帯域幅を拡大するために既に複数の波長で信号を伝送しています。家庭に引き込まれる光ファイバーも、近いうちに同様の方式を採用するでしょう。現在、時分割多重（TDM）方式や波長分割多重（WDM）方式（高密度波長分割多重（DWDM）または低密度波長分割多重（CWDM）方式）など、様々な種類の光通信システムが開発されています。本稿では、主にこれら3つの高性能システムについて説明することで、光波長帯の進化について考察します。

高密度波長分割多重

DWDMシステムは、バックボーン光ネットワークの帯域幅需要の増大に対応するために開発されました。波長帯域間の狭い間隔（通常0.2nm）により波長数が増加し、1本の光ファイバーで数テラビット/秒（Tbps）のデータレートが可能になります。

これらのシステムは、当初Cバンドのレーザー光波長向けに開発され、その後Lバンドでも開発されました。ガラス光ファイバーにおける減衰率が最も低い波長と光増幅の可能性を活用したためです。これらの波長で動作するエルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）は、これらのシステムを実現する上で重要な技術です。WDMシステムでは多くの波長を同時に使用するため、大きな減衰が生じる可能性があります。そこで光増幅技術が導入されました。ラマン増幅とエルビウム添加光ファイバー増幅器は、WDMシステムでよく使用される2つの一般的な増幅器です。

「無制限の帯域幅」という需要を満たすには、DWDMをより多くの帯域に拡張する必要があると考えられていました。しかし、将来的にはLバンドも有用であることが証明されるでしょう。EDFAはLバンドでは効率が低いため、ラマン増幅技術の活用が見直され、関連する励起波長は1485nm付近になるでしょう。

粗波長分割多重方式

CWDMはWDMの低コスト版です。一般的にこれらのシステムは増幅されないため、伝送距離が限られています。一般的に、温度安定化されていない安価な光源が使用されます。波長間隔はより広く、通常は20nmです。当然のことながら、これにより使用可能な波長数が減少し、利用可能な帯域幅も減少します。

現在のシステムでは、Sバンド、Cバンド、Lバンドが使用されています。これらのバンドは、ガラス光ファイバーにおける光損失が低い自然領域であるためです。OバンドおよびEバンド（1310 nm～1450 nm）への拡張は可能ですが、システムの到達距離（増幅なしで良好な信号を提供できる光が光ファイバー内を伝わる距離）は、現代の光ファイバーで1310 nm帯を使用することで発生する損失によって低下します。

時分割多重化

TDMシステムは、1つの波長帯域または2つの波長帯域（各方向に1つの波長帯域が割り当てられる）を使用します。TDMソリューションは、現在、FTTH（Fiber To The Home）技術の導入に伴い注目を集めています。EPONとGPONはどちらもTDMシステムです。GPONの標準的な帯域幅割り当ては、上りで1260～1360 nm、下りで1440～1500 nm、ケーブルテレビのビデオでは1550～1560 nmです。

帯域幅需要の増加に対応するには、これらのシステムのアップグレードが必要になります。TDMとCWDM（あるいはDWDM）が、同じ敷設済みのネットワークファイバーに共存する必要があると予測する人もいます。これを実現するために、標準化団体では、現在敷設済みの顧客に対してGPON以外の波長を遮断するフィルタを定義する作業が進められています。このため、CWDM部分はGPON用に予約されている波長帯域から大きく離れた波長帯域を使用する必要があります。その結果、ビデオ伝送を行わない限り、Lバンド、またはCバンドとLバンドの両方を使用する必要があります。

結論

いずれの場合も、今日そして将来のシステムにおいて高い性能を確保するのに十分な性能が実証されています。この記事から、当初のOバンドではもはや高帯域幅の急速な発展に対応できていないことがわかります。そして、光波長帯の進化は、ますます多くの帯域が求められることを意味します。今後、FTTHアプリケーションの成長に伴い、CバンドとLバンドが光伝送システムにおいてますます重要な役割を果たすことは間違いありません。