第5代行動通信（5G）網路利用毫米波附近的電磁波提供超高速、多重連接和低遲延的通訊服務。毫米波與第4代行動通信（4G）使用的電磁波相比除了容易衰減之外，還具有不容易繞射的性質。因此，要想構建5G網路，就要以小片區域爲單位設置小型蜂窩基地台，預計設置的基地台數量與4G網路相比將會增加近100倍。
爲構建小型基地台網路，可以考慮利用無源光網路（PON）結構，在現有的光存取網路絡中追加小型蜂窩基地台的方法。另外，爲實施5G的普及，需要使用對設置場所沒有要求的小型蜂窩基地台，因此，能夠内置於基地台的手掌大小超小型光收發器的開發備受期待。
圖1：採用PON結構的小型蜂窩基地台
在這樣的背景下，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）、光電子融合基礎技術研究所（PETRA）和衝電氣工業公司（OKI）合作，開發了採用硅材料的光元件技術，同時還面向用於5G網路的「TWDM-PON」光收發器，開發成功了全球最小的光接收晶片。經驗證，無論偏振狀態如何，該晶片均能以接收4個不同波長燈火信號的方式（4波長多路多工），穩定接收合計40Gbps的燈火信號。
此次開發的光接收晶片由新開發的偏振分離旋轉元件、作爲光波長濾波器的陣列波導格柵（AWG）以及鍺光電二極體陣列等光元件構成。利用硅光量子技術將這些光元件整合到晶片上，並利用光波導連接，成功實施了尺寸不到5mm見方的超小型化。
圖2：新開發的超小型4波長多路多工光接收晶片
另外，爲了實施不受偏振影響的接收動作，還新開發了光電路，能將波分多路多工燈火信號分離成2個偏振分量，然後再分離成4個波長分量，按照波長組合偏振分量。
研究小組將該晶片安裝到帶光纖連接器的原型模組上進行了驗證，經由一根光纖，將隨機偏振狀態的10Gbps燈火信號切換爲4種不同的波長作爲該晶片的輸入，可在不受偏振影響的情況下合計接收40Gbps的燈火信號。
如果像以前那樣透過組合分立元件來構成具有相同功能的光接收模組，尺寸會達到數釐米見方，而採用此次的晶片，光接收模組的體積可以削減至原來的1/100以下。
今後NEDO、PETRA和OKI計劃進一步開發基於此次開發的光接收晶片的超小型光收發器，實施可用於5G小型蜂窩基地台的超小型光通訊單元。透過這項開發，有望在更廣泛的地區提供透過行程方式發送高畫質晰影片等5G服務。
（日文新聞發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
