究極の超高速光ファイバー通信をめざしてカーボンナノチューブを光通信に応用する研究東京大学工学部電子工学科助教授大学院工学系研究科電子工学専攻山下真司インターネットや携帯電話をはじめとするとする通信技術の最近の進歩には、めざましいものがあります。このような大容量データ伝送を陰で支えているのが光ファイバー通信です。海外のウエブページが瞬く間に開くのは、世界中の陸上や海底に張り巡らされた光ファイバー（直径わずか 0.1mm）のおかげです。最近では、光ファイバーはＦＴＴＨ（ファイバー・トゥ・ザ・ホーム）と称して家庭でも利用されるようになり、高速のインターネット接続を可能としています。インターネット上のデータは増え続けていて、今後、ＶＯＤ（ビデオ・オン・デマンド）や放送などの映像サービスが提供されるようになれば、データ量はますます増加するでしょう。では、光ファイバー通信ネットワークは、その莫大なデータを処理できるのでしょうか？光ファイバー自体は１本で 100 テラビット／秒（100×1012 ビット／秒）もの光信号データを伝送できます。これを使えば大容量ハードディスクの中身をすべて送るのに 0.1 秒もかかりません。問題は、そのような超高速の光信号をどのように発生させるか、またどのように処理するかにあります。私たちの研究室では、超高速の光信号発生技術、およびその信号処理技術を研究しています。現在の光ファイバー通信の光源は半導体レーザーです。テラビット／秒という超高速の伝送は直接行われず、ギガビット／秒（109 ビット／秒）程度の速度の光信号を１チャネルとして、波長（色）を多数用いて伝送することによって実現しています。これを「波長多重（ＷＤＭ）」といいます。私たちの研究室では、半導体レーザーの代わりに、伝送メディアである光ファイバーを用いた「光ファイバーレーザー」に注目し、波長多重の信号を一括して出力できる「多波長レーザー」や、時間幅にして１ピコ秒（10－12 秒）以下の非常に細いパルスを出力できる「パルスレーザー」を研究しています。図１は、私たちが最近開発した超小型の光ファイバーパルスレーザーで、0.6 ピコ秒のパルスを 5GHz という高い周波数で繰り返し出力できます。このレーザーの特色は、ナノテクノロジーの賜物である「カーボンナノチューブ」を用いていることです。私たちは、カーボンナノチューブを光通信に応用するという世界初の研究を進めています。現在の光ファイバー通信での信号処理は、すべて光信号を電図１気信号に直してから行われています。この部分が処理速度の妨げとなっているのです。これを解く鍵は「非線形」にあります。電子回路では「トランジスタ」という優れた非線形素子がありますが、処理速度に制限があります。私たちは、光ファイバーの超高速の非線形性を利用して、光信号を光のままで処理する研究を進めています。図２は、光ファイバーによる波長変換（あるチャネルを別のチャネルに入れ替える）の実験風景です。これらの研究により、光ファイバー通信ネットワークの難題を解決し、究極の光ファイバー通信の開発をしたいと考えています。 http://www.sagnac.t.u-tokyo.ac.jp（保立・山下・何研究室）図２