2013.9 Laser Focus World Japan14

　2つの異なる直交多重化技術の組み合わせは通信容量を劇的に増大させる可能性を持つ。それを、米南カリフォルニア大学、イスラエルのテルアビブ大学、米ジェット推進研究所、スコットランドのグラスゴー大学の研究者たちは正確に実証した。すなわち、彼らは軌道角運動量（OAM）を使ったモード分割多重と波長分割多重 （WDM）を組み合わせて毎秒100テラビット（Tbit/s）以上の通信容量を達成した（1）。

OAMモード分割多重　波面内に方位角に依存するらせん状の位相項を含み、「ドーナツ形」のリング状強度プロフィルをもつレーザビームはOAMモードと呼ばれている。正と負（それぞれ時計回りと反時計まわりの位相回転）の異なるOAM値を持ち、異なる偏光状態さえ持つ、多数の空間的にコロケーションされたOAMモードは、モード分割多重を通して同時に多重化され、複数の独立なデータチャンネルを同一波長で伝送する（図1）。　この大容量通信デモンストレーションにおいて、研究者たちは特別に設計されたらせん状位相パターンをもつ光空間変調器（SLM）を使って、ガウシアン入力からの3つのビームOAM+4、OAM+10、およびOAM+16の重ね合わせを発生させた。第２のSLMは、重合せOAM+7、OAM+13、およびOAM+ 19ビームを生成した。次に、これら6本のOAMビームを2つの同一コピーに分割した。1つはミラーを使って一定の時間フレームによって反射させたものであり、もう１つの6本のOAMビームはこの最初のコピーから遅延生成したもので、反対のOAM値をもつ。最

終的に、第2段階からの12本のOAMビームを再度2つのコピーに分割した。その一つは他のコピーに対して遅延し、直交する偏光に調整した。これらの2つのコピーを偏光ビームスプリッタで結合し、24本のOAMビーム（それぞれｘとｙ偏光状態にあるOAM±4、±7、±10、±13、±16、±19）を得た。

さらにWDMを加える　WDM送信器は、アレイ導波路グレーティングによって同時に多重化された1536.34～1568.50nmの波長範囲で100GHz間隔の42本のレーザを持つ。これらのチャンネルは変調され、100ギガビット/秒（Gb/s）の四位相シフトキーイング（QPSK）データを各WDMチャンネル上で実現する。　24のOAMモードはそれぞれ42本の

レーザ（それぞれが100Gb/s）で多重化され、総計（24×42×100）通信容量は100.8Tbit/sに達した。逆多重化されたチャンネルで測定されたデータから、波長クロストークに対する光SN比ペナルティとして約0.4dBを得た。OAMクロストークは3.8×10－3のビット誤り率で約1.8dBであった。　USCのアラン・ウィルナー（Alan Will-ner）教授は、「これらの結果は、OAM多重がWDMと両立可能であることを示している。これらは同時に組み合わせることで、特に、比較的に短い距離で大容量または高スペクトル効率を必要とする状況での光データリンクの容量を潜在的に改善する。光通信に対するOAMの利用は未熟な分野だ。多数の挑戦が残っているが、その可能性は実に刺激的だ」と語っている。

（Gail Overton）

100Tbit/sに達したOAM多重プラスWDM

光通信world news

参考文献（1） Hao Huang et al., "100 Tbit/s Free-Space Data Link using Orbital Angular Mo men tum

Mode Division Multiplexing Com bined with Wavelength Division Multi plexing," 2013 OFC/NFOEC conference paper OTh4G.5 （March 21, 2013）.

LFWJ

（a）

（b）

Data 1 OAM +I1

1波長でのMUXed OAMモード

1波長でのMUXed OAMモード

OAMモード

OAM +I3I1

OAM +I2

MDM

WDM

ガウシアン

Data 2

位相パターン

ガウシアン

Data 3

λ1

λ1

λ2

λ3

ガウシアン

I2 I3

OAMモード

周波数

I1 I2 I3

λ2

λ3

図1　軌道角運動量（OAM）を使ったモード分割多重では、らせん状の位相パターンがガウスモードをリング状強度プロファイルのOAMモードに変換する（a）。多重化（MUXed）OAMモードは1群の同心円リングを形成し、これらはさらに波長分割多重（WDM）を使って多重化され（b）、m×nの独立データチャネルを提供する。（資料提供：USC）