偏波保持光ファイバーが1.6Tイーサネット向けコヒーレント光通信を実現する仕組み

新興の 1.6T イーサネット ネットワークで高速かつ低遅延のコヒーレント光通信を実現する偏波保持 (PM) ファイバーの役割について詳しく学びます。

AI コンピューティング クラスター、クラウド ハイパースケーラー、データ集約型エッジ アプリケーション全体でのデータ消費量の急激な増加により、イーサネット エコシステムは積極的に進化する必要に迫られています。

100Gから400G、そして800Gへと進化し、1.6テラビット/秒（1.6T）イーサネットへの飛躍は、光ネットワークにおける画期的な進歩です。この規模では、信号整合性、位相コヒーレンス、そして偏波制御がミッションクリティカルとなり、次世代コヒーレント光通信システムの鍵となる偏波保持（PM）光ファイバーが登場します。

偏波保持ファイバーは、特に光キャリアが密集し、16QAM や 64QAM などの高度な方式を使用して変調されている場合に、コヒーレント検出と伝送が安定して正確であることを保証する上で基本的な役割を果たします。

PM ファイバーは、データ センター、メトロ、長距離リンクにわたって動作するコヒーレント インターフェイスに対して、偏波ドリフト、クロス トーク、分散といった、1.6T イーサネット ネットワークのパフォーマンスを低下させる可能性のある要因を比類のないレベルで制御します。

コヒーレント光学革命：1.6Tがさらに要求される理由

従来の直接検出型トランシーバーは、固有の帯域幅制限と波長分散の問題により、拡張性に課題を抱えています。一方、コヒーレント光学系は光信号の振幅と位相の両方を利用し、最適な動作には正確な偏波調整が必要です。

1.6Tのラインレートでは、限られた光ファイバー帯域幅でより多くのビット/秒伝送を実現するには、コヒーレント伝送が唯一の現実的な手段となります。コヒーレントシステムは、2つの独立したデータストリームを直交偏波状態で伝送することを可能にするデュアル偏波信号を利用し、スペクトル効率を実質的に2倍にします。しかし、このアプローチは偏波モード分散（PMD）と 経時的な偏波回転の影響を非常に受けやすいという問題があります。

標準的なシングルモード光ファイバ（SMF）は、従来のシステムには十分ですが、動的な補償なしでは必要な偏波状態を維持できません。偏波保持光ファイバは、特殊なコア設計によりこのギャップを解消し、偏波状態が固定軸に沿って整列し続けることを保証します。これにより、複雑な偏波追跡機構が不要になり、コヒーレント伝送システムにおいて長期にわたる安定した性能を実現します。

偏波保持ファイバーのユニークな点は何ですか?

偏波保持光ファイバーは、内部に複屈折構造（通常はストレスロッド（PANDA、Bow-Tie、または楕円形コア構造））を設け、光が2つの直交偏波軸のいずれかに沿って優先的に伝播するように設計されている。この非対称性により、偏波クロストークが最小限に抑えられ、偏波間の位相関係が距離を超えて一定に保たれる。

1.6T イーサネット コヒーレント光学に関連する PM ファイバーの主な仕様は次のとおりです。

· 効果的な偏光識別のための高い消光比（通常20 dB以上）

· 低偏波モード分散（PMD）（<0.05 ps/√km）により信号歪みを最小限に抑えます

· 優れた複屈折性により、長距離にわたって明確な偏光軸を維持します

· 低挿入損失により最適な電力バジェット調整が可能

Fibermart の PM ファイバー製品はこれらの基準を満たすか上回り、1.6T 光トランシーバーで使用される高度なコヒーレント モジュールや調整可能なレーザーとの優れた互換性を提供します。

1.6T イーサネットトランシーバアーキテクチャにおける PM ファイバー

新興の1.6Tイーサネット光モジュール、特にPAM4または高度なコヒーレント変調を用いた8レーン200G/チャネルモデルをベースとするモジュールは、複雑な光フロントエンドシステムに依存しています。これらのシステムには、通常、以下が含まれます。

· 狭線幅レーザー

· 光変調器（例：IQマッハツェンダ変調器）

· 偏光ビームスプリッターおよびコンバイナー

· 高速コヒーレント受信機

これらのコンポーネントが調和して機能するには、偏波アライメントが不可欠です。PMファイバーは、低遅延かつ位相コヒーレントな光信号を受信機DSPに伝送することを可能にし、偏波追跡アルゴリズムの計算負荷を軽減し、システム全体のスループットとエネルギー効率を向上させます。

さらに、コヒーレント検波システムでは、受信信号に打ち勝つために局部発振器（LO）レーザーが組み込まれることがよくあります 。送信信号とLO信号の間で偏波が大きくずれると、検波性能が急速に低下します。PMファイバーはLOと信号パス間のアライメントを維持し、よりクリーンなコンスタレーションダイアグラムと低いビットエラーレート（BER）を実現します。

偏波ドリフトとネットワークの信頼性

従来の光ファイバーでは、温度変化、機械的ストレス、振動といった環境要因によって偏波変動が生じる可能性があります。わずかな変化でも偏波軸が回転し、コヒーレント復調が複雑化し、DSPオーバーヘッドによる遅延が増加します。

PMファイバーは、SOP（偏波状態）を維持することでこれらの変動を緩和し、予測可能な光性能を備えた堅牢な長距離1.6Tイーサネット伝送を実現します。これは、再送やパケット損失が許容されない高可用性ネットワークにおいて特に重要です。

次世代光学エンジンとの統合

1.6Tイーサネット向けに導入されている光エンジンは、シリコンフォトニクスと一体型光学系を採用しており、フットプリントを縮小しながら電力効率を向上させています。PMファイバーは、高密度に実装された光パス全体にわたって安定した外部変調とレーザーアライメントを可能にすることで、これらのシステムにシームレスに統合されます。

例えば、集積フォトニクスでは、個別のレーザー光源や変調器をオンチップ導波路に接続するために、 PMファイバーピグテールが用いられることがよく あります。PMFがなければ、このような微小スケールで必要なアライメントを維持することは、不可能ではないにしても、非現実的です。

1.6Tアップグレードにおけるファイバーインフラストラクチャの考慮事項

既存の光ファイバーインフラに1.6Tイーサネットを導入するには、綿密な計画が必要です。PMファイバーはコスト面から長距離回線で必ずしも使用されるわけではありませんが、以下の用途では不可欠なものとなります。

· 高性能テストセットアップ

· 光学部品間の相互接続

· 一貫性のあるシステムプロトタイピングのためのラボ環境

· 低遅延と安定した偏波を必要とする短距離アプリケーション

1.6Tイーサネットへのアップグレードを検討しているネットワーク設計者は、接続損失、コネクタの互換性、PMファイバーの方向を評価し、位置ずれを回避する必要があります。Fibermartは、アライメントキー付きのFC/APCおよびSC/APCコネクタを含む、精密に切断されたPMファイバーアセンブリを提供しており、導入を簡素化し、リターンロス性能を最大化します。

現場での展開と製造に関する考慮事項

PANDA やボウタイ設計などの最新の PM ファイバーは、C バンドと L バンドにわたって高い複屈折と低損失特性を備えているため、データ センターや通信の導入に最適です。

さらに、PM ファイバーの接合とコネクタ化が大幅に進歩し、自動調整ツールによって 30 dB を超える消光比が達成され、相互接続全体で SOP の忠実度が確保されています。

OEMおよびトランシーバーメーカーにとって、PMファイバーの使用は、コヒーレントプラガブルモジュールのIEEE  802.3dfおよびOIF-400ZR+仕様への準拠を簡素化します。また、PM-LCやPM-MTなどの標準化されたコネクタタイプをサポートしているため、QSFP-DDまたはOSFPフォームファクターのコヒーレントトランシーバーとのシームレスな統合が可能になります。

Fibermartで1.6Tイーサネット戦略を強化

Fibermart は 、PM ファイバー パッチ コード、ピグテール、コヒーレント システム用の完全なアセンブリ ソリューションなど、1.6T イーサネット アプリケーション向けの偏波保持ファイバーの広範なポートフォリオを提供しています。

テストベンチの構築、メトロ データ センター相互接続の拡張、次世代トランシーバーの開発など、どのような場合でも、Fibermart はネットワークに必要な精度と信頼性を提供します。

当社のプレミアム PM ファイバー製品の 詳細 や 1.6T 導入戦略の最適化については、当社の技術チームにお問い合わせください。