プレスリリース 配布先：⽂部科学記者会、科学記者会、各社社会部・科学部、 総務省記者クラブ、テレコム記者会 2016 年 9 ⽉ 12 ⽇ 国⽴研究開発法⼈情報通信研究機構 早稲⽥⼤学 株式会社 ⽇⽴国際電気 光ファイバ内の光エネルギーを活⽤し、 同⼀素⼦で 100GHz ⾼速光信号受信と光起電⼒発⽣を同時に実現 【ポイント】 ■ 同一素子で高速光信号受信と光起電力*1 発生が同時に行える高速受光素子*2 を開発 ■ 外部電源なしで、光ファイバ接続により、高速光信号受信と光起電力の同時発生を実現 ■ 次世代光ファイバ無線システム*3 の要素デバイスとして、高速鉄道向け高速通信システム等に応用可能 国⽴研究開発法⼈情報通信研究機構（NICT、理事⻑: 坂内 正夫）は、ネットワークシステム研究所におい て、早稲⽥⼤学理⼯学術院 川⻄哲也（かわにしてつや）教授（基幹理⼯学部） 、株式会社 ⽇⽴国際電気（⽇ ⽴国際電気、社⻑: 佐久間 嘉⼀郎）と共同で、⾼効率⾼速受光素⼦の開発に成功しました。本素⼦を搭載し たモジュールに光ファイバを接続すると、電源なしで光信号から 100GHz のミリ波信号(4mW)を発⽣させる ことが可能です。本成果は、これまで障壁となっていた光―ミリ波変換モジュールへの外部電源供給問題を緩 和するもので、変換モジュールの⼤幅な低コスト化により、光ファイバとミリ波帯無線を融合した、滑⾛路上 の異物検出システムや⾼速鉄道向け⾼速通信システムなどへの市場創出が期待されます。なお本研究の⼀部 は、総務省電波資源拡⼤のための研究開発の⼀環として実施されたものです。 【背景】 ミリ波帯は、100Gbps 級の超⾼速無線通信を可能とする⼀⽅で、その発⽣の困難さと、伝搬距離の短さか ら、必要なところまで有線の光ファイバで届け、必要最⼩限の距離を無線の電波で伝える有無線融合ネット ワークとしての実現が期待されています。しかし、光信号とミリ波信号の変換モジュールに電源が必要である ことや、システムの構成が複雑などの課題がありました。NICT では、これらの課題を解決するために、光信 号をミリ波信号に変換する素⼦の開発を進めてきました。 【今回の成果】 新しい⾼速受光素⼦（⾃⼰発電型⾼速受光素⼦）は化合物半導体*4 技術を⽤いたも ので、特殊な PN 接合*5 構造を配置することで外部電源を必要とせず、同素⼦から信 号出⼒と併せて起電⼒を得られることがわかりました。本技術の開発により、簡単な 構成で光信号からミリ波信号への変換が可能となり、光ファイバ通信と電波による無 線システムのメリットを併せ持つ有無線融合ネットワークの⼤幅低コスト化が期待 されます。 【今後の展望】 今後はミリ波帯レーダーを⽤いた滑⾛路上の異物検出システムや、⾼速鉄道などで 今回開発した⾃⼰発電型 ⾼速受光素⼦の写真 利⽤可能な光ファイバとミリ波帯無線を融合した⾼速通信システムへの応⽤を検討していきます。なお、本研 究成果については、2016 年 5 ⽉に⽶国サンノゼコンベンションセンターで開催されたレーザーなど光デバイ スに関する世界最⾼峰の国際会議 CLEO2016 のポストデッドラインセッションにて発表を⾏いました。また、 2016 年 9 ⽉にドイツ、デュッセルドルフで開催される ECOC2016 でも関連技術の発表を⾏う予定です。 1/４ 補⾜資料-1 (1)これまでの研究で分かっていたこと（科学史的・歴史的な背景など） ミリ波帯は、より⾼速の無線通信、より⾼精度のイメージングを可能とする新たな電波帯域として注 ⽬を集めていますが、その発⽣の困難さと、伝搬距離の短さから、必要なところまで有線の光ファイバ で届け、必要最⼩限の距離を無線の電波で伝える有無線融合ネットワークの実現が期待されています。 しかし、光信号とミリ波信号の変換に電源が必要であることや、システムの構成が複雑などの課題があ りました。本研究では、これらの課題を解決するために、光信号をミリ波信号に変換するデバイスの開 発を進めてきました。 (2)今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと 今回、研究グループは、光通信や光ファイバ無線技術に向けた、新しい⾼速受光素⼦を開発しました。 ⾼速受光素⼦とは、光信号を電気信号へ変換する、光通信技術の中で重要なキーデバイスを⽰します。 これまでに、このような⾼速受光素⼦は、さまざまな研究機関により、開発が⾏われてきましたが、そ の機能は単純に光信号から電気信号へ変換するものでありました。今回の研究では、上記光電変換に加 え、太陽電池に⾒られるような起電⼒を同素⼦から取り出すことに世界で初めて成功しました。 (3)そのために新しく開発した⼿法 新しい⾼速受光素⼦は化合物半導体技術を⽤いたもので、特殊な PN 接合構造を配置することで外部電 源を必要とせず、かつ同素⼦から信号出⼒と併せて起電⼒を得られることがわかりました。 (4)今回の研究で得られた結果及び知⾒ ⼀般に、⾼速受光素⼦からのミリ波信号出⼒は⼩さいので、後段に電気増幅器を繋げて電気出⼒を⼤ きくします。しかし、この増幅器を動作させるためには別個の電源を⽤意する必要がありました。今回 我々は、開発した受光素⼦によって、ミリ波帯信号と同時に取り出した起電⼒を使って、後段電気増幅 器の駆動制御を⾏い、100GHz 帯で⾼い光電変換効率と約 4mW の⾼出⼒ミリ波信号の発⽣に成功しま した。 (5)研究の波及効果や社会的影響および今後の課題 このような新しい技術を⽤いることで、受光素⼦への電源供給⽅法が⼤きく改善できる可能性があり ます。将来的には、外部電源不要で 1 本の光ファイバのみで⼤きな無線信号が取り出せるよう、今後、 特性の改善に努めていきたいと考えています。 今後、ミリ波帯レーダーを⽤いた滑⾛路上の異物を検出するためのシステムや、⾼速鉄道などで利⽤ 可能な光ファイバとミリ波帯無線を融合した⾼速通信システムへの応⽤を総務省電波資源拡⼤のための 研究開発を実施しているコンソーシアム（⽇⽴製作所、情報通信研究機構、電⼦航法研究所、鉄道技術 総合研究所）と連携して、検討していきたいと考えています。これらの光・ミリ波融合技術の事業化は ⽇⽴国際電気が中⼼に取り組みを進める予定です。 2/４ 補⾜資料-2 (６)説明図 新規開発した⾼速受光素⼦（⾃⼰発電型⾼速受光素⼦） の外観写真。写真、中央部⼩円は受光部を⽰す。 図１ ミリ波帯有無線融合ネットワークのイメージ図（上）、新規開発した⾃⼰発電型⾼速受光素⼦を搭 載したモジュールの概要図（下）⾼速光信号（⼊⼒）を⾼速受光素⼦で受信し、⾼周波信号と電気起電 ⼒を同時⽣成。発⽣起電⼒で後段増幅器の電圧を制御し、最終的に増幅器より⾼出⼒電気信号を発⽣。 図２ ⾼速受光素⼦の直流起電圧― 光電気変換効率特性 図３ ⾼速受光素⼦の光⾼周波 （ミリ波）応答特性 3/４ ＜用語解説＞ *1 光起電⼒ 物質に光を照射することで起電⼒が発⽣する現象。太陽電池などで利⽤されている。 *2 ⾼速受光素⼦ 光検出器として働く半導体ダイオード。その構造は主に PN 接合を有する。光通信における受信機に使⽤さ れている。 *3 光ファイバ無線システム 光ファイバを利⽤して無線信号を中継伝送し、基地局からの無線通信では電波が届きにくい・届かない地域 や領域への無線信号を配信する技術。 *4 化合物半導体 ガリウムヒ素、インジウム燐で代表されるような 2 つ以上の原⼦より構成されている半導体。 *５ PN 接合 半導体中で p 型の領域と n 型の領域が接している部分。 ＜ 研究内容に関するお問い合わせ先 ＞ 国⽴研究開発法⼈情報通信研究機構 ネットワークシステム研究所 梅沢俊匡、⼭本直克（研究マネージャー） TEL：042-327-7528、6982 E-mail：[email protected], [email protected] 早稲⽥⼤学理⼯学術院 川⻄哲也教授 TEL：03-5286-3386 E-mail：[email protected] 株式会社 ⽇⽴国際電気 映像・通信事業部 システム設計統括本部 通信システム設計本部 交通システム設計部 TEL：042-322-3111 E-mail：kashima.kenichi＠h-kokusai.com 加島謙⼀ ＜ 広報 ＞ 国⽴研究開発法⼈情報通信研究機構 広報部報道室 〒184-8795 東京都⼩⾦井市貫井北町 4-2-1 TEL：042-327-6923 FAX：042-327-7587 E-mail：[email protected] 早稲⽥⼤学広報室広報課 〒169-8050 東京都新宿区⼾塚町 1-104 TEL：03-3202-5454 FAX：03-3202-9435 E-mail：[email protected] 株式会社 ⽇⽴国際電気 CSR 本部広報室 〒101-8980 東京都千代⽥区外神⽥ 4-14-1 秋葉原 UDX ビル 11 階 TEL：03-6734-9401 FAX：03-5209-6160 E-mail：[email protected] 4/４
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