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Facebook、Connectivity Lab、フリースペース光通信用に新しいディテクタ

July, 28, 2016, Washington--フェイスブックのコネクティビティLab (Facebook’s Connectivity Lab)の研究チームは、空間伝送の光通信信号検出に概念的に新しいアプローチを実証した。
 フェイスブックのコネクティビティラボは、現在インターネットにアクセスできない約40億人の人々に利用しやすい価格でインターネットサービスを提供することを目的とした技術を開発している。
 光ベースのワイヤレス通信、フリースペース光通信は、光ファイバやセルタワーが経済的に導入できない地域にインターネットをもたらす有望な方法を提供する。レーザ光を使って大気中で情報を伝達すると、潜在的に非常に広帯域でデータ容量も大きいが、主要課題の1つは、データを運ぶ非常に小さなレーザビームをからなり遠くの微小な光ディテクタに集光する方法だった。
 研究では、フェイスブックの研究チームは、光を集めて小さなフォトディテクタに集光するために従来のオプティクスの代わりに蛍光材料を使う方法を実証している。この光コレクタは、126平方センチの表面にどの方向からの光でも集める。この光コレクタと既存の通信技術を組み合わせることで、2Gbpsを超えるデータレートが達成される。
 「光の1つの色を吸収し、別の色を放出する蛍光光ファイバの利用を実証した。その光ファイバは広い範囲の任意の方向から来る光を吸収し、放出される光は光ファイバ内を伝搬する。これによって光は小さな高速フォトディテクタに送られる」と研究チームリーダー、Tobias Tieckeは説明している。
 高速フリースペース光ネットワークは、情報を運ぶレーザ光を受信するために非常に高速のディテクタを必要とする。しかしスピードはサイズとのバランスが取れていなければならない。もっと大きなディテクタになれば、空間を進むレーザ光のビームが標的にするのは容易になるが、ディテクタのサイズが大きくなるディテクタの速度が落ちる。
 オプティクスとメカニカルシステムとの組み合わせを用いてディテクタの位置を追跡してレーザに標的に向けることはできるが、こうしたアプローチは非常に複雑になる。新しい光コレクタは、青色光を吸収し、緑色の光を放出する有機染料分子を含むプラスチック光ファイバを使用する。このセットアップは、一般に光を集光面に向かわせるのに必要な古典的なオプティクスと可動プラットフォームを置き換える。
 「このような蛍光光ファイバが吸収とは異なる色を放出することから、システムに入る光の輝度を強めることができる。このアプローチは、太陽光集用発光集光器で使われており、色変換の速度は問題にはならない。高速を維持しながら、指向とトラッキングの問題を回避するために同様のコンセプトを使用できることを示した」と同氏はコメントしている。
 青色吸収と緑色放出との間の時間経過は2ns以下であるので高速は可能である。また、システムの帯域は100MHzであるが、信号変調方式OFDMを組み込むことで研究チームは2Gbpsを超える伝送を達成した。OFDMは、マルチデータストリームが同時に伝送されるようにデジタルデータをエンコードする方法。OFDMは、有線、無線通信では一般に用いられているが、レーザ通信では一般に用いられていない。
 Tieckeによると、赤外スペクトルで動作する材料が開発されると、青色/緑色システムよりもはるかに高速であり、この新アプローチにより理論的にはフリースペースの光データレートは10Gbpsを超える。