第 202 号・2023 年 1 月

住友電工テクニカルレビュー

特集

陸上光伝送システム用超低損失
ITU-T G.654.Eファイバ“PureAdvance”
Ultra-Low Loss ITU-T G.654.E Fiber “PureAdvance” forTerrestrial Optical Transmission Systems

山本

＊義典

Yoshinori Yamamoto

平野正晃

Masaaki Hirano

当社の PureAdvance は、0.17 dB/km 以下の低伝送損失、および、実効断面積110～125 µm2の拡大されたコアを有し、陸上幹線光伝送システムに適した ITU-T G.654.E に準拠する光ファイバである。今回、その伝送損失の0.16 dB/km 以下（典型値0.156dB/km）への低減に成功し、商用出荷を開始した。この超低損失化により、陸上幹線光伝送路における伝送特性をさらに改善し、400 Gb/s 超といった高速光伝送も可能となる。本光ファイバは、陸上幹線系通信網における大容量光通信の実現に貢献すると期待される。

PureAdvance is an optical fiber that exhibits low attenuation of 0.17 dB/km or lower and an enlarged effective core area of
110-125 μm2. This fiber is fully compliant with ITU-T G.654.E, and suitable for terrestrial long-haul optical transmission
systems. Sumitomo Electric Industries, Ltd. has improved the attenuation of PureAdvance to 0.16 dB/km or lower(typically 0.156 dB/km), and started the commercial supply. With this ultra-low attenuation, transmission performance ofterrestrial long-haul optical links can be further improved, enabling high-speed optical transmission at 400 Gb/s andbeyond. This fiber will contribute to the realization of high-capacity optical communication in terrestrial long-haul networks.
キーワード：光ファイバ、G.654.E、低損失、純シリカコア光ファイバ

1.

緒

言

主に採用されてきた。IM-DD 方式における長距離化の制

IoT や AI を活用したサービスや、デジタルトランスフォー

限要因の一つが、光ファイバの波長分散であった。IM-DDメーション（DX）などの進展に伴い、データトラフィック方式では光パルスの点灯／消灯を切り替えることでデジタは指数関数的な増加を続けている。このトラフィックを支ル情報を伝送させるが、波長分散によって光パルスに生じえるデジタル基盤として、幹線系光通信網は社会に不可欠る歪が伝送距離とともに累積し、光パルスの点灯／消灯をなライフラインとなっており、今後もさらなる大容量化が判別できなくなってしまうためである。そこで、波長分散求められている。

を小さく抑えた、ITU-T G.655に準拠する NZDSF が10～

当 社 は、陸 上 光 伝 送 シ ス テ ム 向 け に 超 低 損 失 ITU-TG.654.E（1）※1

40 Gb/s の陸上幹線網に多く用いられた。しかしながら、ファイバ PureAdvance の製品化と商用供給を行っており 、陸上幹線網における大容量伝送の経済的（2）な実現に貢献している。本稿では、低伝送損失および拡大

100 T

コアを特長とする G.654.E ファイバが陸上幹線用光ファ[b/s]イバとして注目されるようになった背景を概説した後、当社の超低損失 G.654.E ファイバ PureAdvance について、

100 G

さらに、PureAdvance の導入により期待されるシステム

10 G

2.

800 G
400 G

1T

0.16 dB/km 以下への低損失化を含む技術進捗を述べる。
メリットを議論する。

110 T1G
1986

1992

40 G

10 G

11998

2004

100 G

2010

200 G

2016

2022

(IM-DD)

長距離大容量デジタルコヒーレント伝送に適した G.654.E ファイバ

TDM

WDM+EDFADSF
NZDSF (G.655)(G.653)
SSMF + DCF
SSMF(G.652)

まず、陸上幹線用光ファイバとして G.654.E ファイバが注目されるようになった背景を述べる。
図1には、商用化された長距離光伝送システムの伝送容

TDM:
SSMF:
NZDSF:

量の進展と、主に用いられた伝送技術および光ファイバの変遷を示す。2000年代以前、40 Gb/s 以下のシステムでは、伝送方式として強度変調・直接検波（IM-DD）方式が

図1, WDM:, EDFA:, DSF:, DCF:
ITU-T(G.654.E),,伝送容量の進展と、伝送技術および光ファイバの変遷

陸上光伝送システム用超低損失ITU-T G.654.Eファイバ “PureAdvance”

35（1）住友電工テクニカルレビュー

第 202 号・2023 年 1 月

100 Gb/s 以上の高速信号では小さなパルス歪が信号品質めである（図3）。この理由から、低損失・拡大コアを特長に大きな影響を与えるため、IM-DD 方式では長距離伝送のとする ITU-T G.654.E ファイバには、長距離・大容量デジ実現は技術的・経済的に困難であった。

タルコヒーレント伝送に最も適した光ファイバとして大き一方、2010年代から導入されたデジタルコヒーレントな注目が集まっている。

方式では、光の強度と位相を用いてデジタル情報を伝送させるが、受信端で光信号を電気信号に変換した後にデジタル信号処理（DSP）による信号等化を行う。波長分散による光パルス歪は DSP によって補正することができるため、100 Gb/s 以上の高速信号でも長距離伝送が可能となった。

(

デジタルコヒーレント方式での大容量化を実現するため

G.654.E)の最大の課題は、光信号対雑音比（OSNR）※2の改善であOSNRる。例えば、100 Gb/s から200 Gb/s に光信号を2倍に高速化する場合、同じ OSNR では理論的に伝送可能距離は約1/5に短くなってしまい、同じ距離を伝送させるには約7 dB の OSNR 改善が必要となる（図2）。
図3

100 Gb/s(DP-QPSK)OSNR+7 dB

3.

200 Gb/s(DP-16QAM)

1/5

G.654.E ファイバ PureAdvance

当社は極低損失光ファイバのパイオニアであり、純シリ※3
カコア光ファイバ（PSCF）
である Z Fiber および Z-PLUS

200 Gb/s

Fiber を30年以上に亘り継続的に開発し（3）、主に海底ケー(DP-16QAM)

ブル用に商用供給をしてきた（4）。近年では、低伝送損失のOSNR
図2

低損失・コア径拡大 G.654.E ファイバによる OSNR の改善

世界記録である0.1419 dB/km の実現（5）や、商用製品として世界で最も低い伝送損失0.144 dB/kmを有するZ-PLUS

高速化に伴う伝送可能距離の短縮と所要 OSNR の上昇

Fiber 150の量産化（6）に成功している。
これら極低損失 PSCF 技術を適用することで、当社は陸上用低損失光ファイバ PureAdvance をいち早く開発し、このような経緯から、光ファイバへの要求も大きく変化す

100Gb/s 以上の信号を伝送する陸上幹線伝送路向けに製ることとなった。すなわち、かつての IM-DD 方式では波長品供給を行ってきた。表1に、ITU-T G.654.E に準拠する分散の抑制が求められていたのに対して、デジタルコヒー

PureAdvance-110と PureAdvance-125、および、SSMFレント方式では OSNR 改善が最大の要求となった。OSNRと同等のコア径を有しG.652.BまたはG.654.Cに準拠する改善のために光ファイバに求められるのが、低損失とコア

PureAdvance-80の光学特性をまとめた（7）。継続的な開発

径拡大である。低損失化により出射光パワーを向上できるにより、0.17 dB/km 以下（典型値0.162 dB/km）であっこと、および、コア径拡大により光ファイバの非線形性をた PureAdvance-110、-125の伝送損失を、0.16 dB/km低減することで入射光パワー許容値を向上できることの双以下（0.156 dB/km）に改善し（図4）、2022年より商方の効果により、効果的に OSNR 改善することができるた

用出荷を開始した。我々の知る限り、これは陸上用光ファ表1

ITU-T勧告

PureAdvance の光ファイバ特性

PureBand（比較例, SSMF）

PureAdvance-80

PureAdvance-110

PureAdvance-125

ITU-T G.654.E
勧告

G.652.D

G.654.C/G.652.B

G.654.E

G.654.E

G.654.E

モードフィールド径（MFD）@1550nm

Typ. 10.3 µm

Typ. 10.1 µm

Typ. 11.7 µm

Typ. 12.5 µm

11.5-12.5 µm±0.7 µm

実効断面積 (Aeff)@1550nmTyp. 80 µm2

Typ. 85 µm2

Typ. 110 µm2

Typ. 125 µm2-≤ 0.20 dB/km
Typ. 0.19 dB/km≤ 0.17 dB/km
Typ. 0.165 dB/km≤ 0.16 dB/km
Typ. 0.156 dB/km≤ 0.16 dB/km
Typ. 0.156 dB/km≤ 0.23 dB/km(ケーブル)≤ 1260 nm≤ 1520 nm (G.654.C)≤ 1260 nm (G.652.B)≤ 1520 nm≤ 1520 nm≤ 1530 nm

伝送損失 @1550nm
ケーブルカットオフ波長

陸上光伝送システム用超低損失ITU-T G.654.Eファイバ “PureAdvance”

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イバとして世界で最も低い伝送損失である。図5には、改種接続損失は SSMF 同士と同等の低い値に抑えられる。一善前後それぞれファイバ長10万 km 以上での伝送損失の分方、SSMF との接続損失は、MFD 不整合のために SSMF 同布を示す。改善後（本報告）の平均伝送損失は0.156 dB/士の接続損失に比べると僅かに高いが、PureAdvance-110

km であり、また、標準偏差（σ）も0.001 dB/km と小さでは0.1 dB 以下の十分低い損失で接続することが可能でく、量産性に優れることも確認した。

ある。
次に PureAdvance の伝送性能を評価するため、ファイ()at 1550 nm [dB/km]（10）
バ性能指数（9）、を用いて計算した200 Gb/s 信号の伝送可能距離を図6に示す。伝送可能距離は、用いる送受信機

0.20や光増幅器の性能、中継器間隔、ケーブルの接続点数や敷NZDSF (G.655)

0.19

設条件などによっても異なるが、一例として図6では、超SSMF (G.652.D)

0.18

PureAdvance-110
PureAdvance-125

0.17

0.156

dB/km

0.16

低損失と拡大コアを持つ PureAdvance-110は、SSMF、NZDSF に対して OSNR をそれぞれ +3.2 dB、+6.2 dB 改善することができ、SSMF に比べて2.1倍、NZDSF に比べて4.2倍の大幅な伝送距離延伸が可能という計算結果が得

0.15
2014

2016

2018

2020

2022

2024

られた。また、PureAdvance-125は、PureAdvance-110に比べてさらに1.04倍程度の長距離化が可能となる。

図4

PureAdvance の伝送損失低減の進展

1,500

100%
80%

1,000

0.16260%40%（伝送速度︓200 Gb/s, 中継器スパン間隔︓100 km）

2.1x

4.2x

1.04x

500

20%

図50.174 <- 0.174- 0.172- 0.170- 0.168- 0.166- 0.164- 0.162- 0.160- 0.158- 0.156- 0.154- 0.152

0- 0.1500

図6

PureAdvance-110, -125の伝送損失の分布4.

一方、実際の陸上伝送路ではケーブル単長は数 km 程度

SSMF

NZDSF

: 0(ref.)

Pure
Pure
Pure
Advance Advance Advance
-110
-125
-80-3.0+1.4+3.2+3.4

PureAdvance における200 Gb/s 伝送可能距離

PureAdvance によるシステムメリット

であるため、数 km 毎に同種光ファイバ間の接続が存在す

PureAdvance の導入により、伝送システムのコスト削減る。加えて、光ファイバは中継局内で EDFA などの光ファや、大容量伝送へのアップグレード可能性が期待される。

イバ機器のピグテールである SSMF と接続される。そのた本章では、全長1,200 km の陸上伝送路をモデルに、2つのめ、同種光ファイバ間および SSMF との接続損失が低いこ

ケースに対してファイバ性能指数を用いて伝送可能距離をとも重要となる。表2には PureAdvance の典型的な接続損計算することで PureAdvance によるシステムメリットを失を示す。ここでは、融着接続時の光ファイバ間のコア軸検討する。

ずれ量を0.3 µm と仮定した計算値 である。表2より、同4－1（8）ケース1：200 Gb/s 伝送システムにおける中継器台数の削減

長距離光伝送路では、光ファイバ伝送で減衰した光信号
表2を増幅するため中継器（EDFA）が数十 km おきに配置さ

PureAdvance の典型的な接続損失
PureBand(比較例)

PureAdvance-80PureAdvance-110

PureAdvance-125

MFD (典型値)

10.3 µm

10.1 µm11.7 µm12.5 µm

同種ファイバ間の接続損失

0.01 dB

0.01 dB

0.01 dB

0.01 dB

SSMF（G.652.D）との接続損失

0.01 dB

0.02 dB

0.08 dB

0.16 dBれる。この中継器の台数を削減することは、それ自体のコストに加えて、設置のための建屋や電力、設備管理も削減可能となるため、コストおよびカーボンフットプリントの削減など大きな利点がある。
200 Gb/s 信号伝送における中継器間隔を（a）
NZDSF、（b）SSMF、（c）PureAdvance-110について計算した結果を図7に示す。まず NZDSF は、中継器間隔を40 km 以下に
陸上光伝送システム用超低損失ITU-T G.654.Eファイバ “PureAdvance”

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短縮しても760 km 以上を伝送させることができず、1,200

図8より、NZDSF、SSMF の伝送可能距離はそれぞれ134

km 伝送の実現は経済的に困難であると推測される。次にkm、240 km と見積もられる。従って、1,200 km 伝送

SSMF では、中継器間隔を55km（中継器台数は21台）とにはそれぞれ8、4か所の再生中継局が必要となる。一方、することで1,200 km 伝送が可能と見積もられる。一方、

PureAdvance-110は400 km の伝送が可能であり、再生

PureAdvance-110は、超低損失と拡大コアの効果により中継局数を2か所まで削減することができる。このため、中継器間隔を95 km に延伸でき、中継器台数を12台にまNZDSF や SSMF に比べてシステムコストの大幅な削減おで削減することができる。

よび消費電力の低減が可能となる。

5.

1,200 km結言

G.654.E ファイバ PureAdvance は、超低損失、拡大コアといった優れた性能を有することから、400 Gb/s など

760 kmTXRX(EDFA)

40 kmの長距離デジタルコヒーレント光伝送に最も適した光ファ

TX:
RX:

21

イバであり、陸上幹線光伝送システムの大容量化の経済的RX

TX
55 km
(c) PureAdvance-な実現に貢献すると考えられる。
当社は今後も超低損失光ファイバの技術開発と量産化を進め、社会の要請に応える製品を提供していく。

12RX

TX
95 km

図7

用 語 集 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

200 Gb/s 伝送における中継器台数の削減※1

ITU-T G.654.E

ITU-T（国際電気通信連合 電気通信標準化部門）は、ICT イ
ンフラに関する国際標準として勧告を作成する国連機関。
4－2

ケース2：400 Gb/s へのアップグレード

G.654.E は、100 Gb/s 以上のデジタルコヒーレントシス

光信号を400 Gb/s に高速化する場合、図2で示した通り伝送可能距離は著しく短くなるため、再生中継局を挿入

テムをサポートするための陸上用カットオフシフト光ファイバケーブルについての ITU-T 勧告。

して劣化信号の再生が必要となる。再生中継局には、各信号チャンネルに1台ずつ再生中継器※4が設置されるため、※2

再生中継局を1か所でも減らすことができれば、システム

光信号強度と光雑音強度との比。OSNR が低いと信号の識全体のコストや消費電力を大幅に削減することができる。

別が困難になるため、目標の信号品質を得るには OSNR は400 Gb/s 信号の伝送可能距離を計算した結果を図8に高いことが望ましい。特に、高速伝送ではより高い OSNR示す。ここで、SSMF と PureAdvance-110の中継器間隔光信号対雑音比（OSNR）が求められる。

は80 km とし、NZDSF は前節と同様に伝送可能距離が著しく短くなるため、67 km と短い中継器間隔を想定した。

※3

純シリカコアファイバ（PSCF）

純シリカ（SiO2）からなるコアを持つ光ファイバ。SSMFや NZDSF が GeO2添加コアを持つのに対して、信号光パワーの大部分が伝搬するコアに添加物を含まないことから、

1,200 km

本質的に低損失性に優れている。

8134 km

RXTX

再生中継器

号処理により再生した後、再び光信号に変換して送出する

240 km
RXTX
80 km(c) PureAdvance-

400 km装置。再生中継局に設置される再生中継器の台数は、WDM信号の波長数×光ファイバ心数となる。

2RXTX
80 km

図8※4

伝送により品質が劣化した光信号を電気信号に変換して信67 km

・PureAdvance、Z Fiber、Z-PLUS Fiber、PureBandは住友電気工業㈱の登録商標です。

400 Gb/s 伝送における再生中継局数の削減
陸上光伝送システム用超低損失ITU-T G.654.Eファイバ “PureAdvance”

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参 考 文 献（1）	Recommendation ITU-T G.654（2020）（2） 住友電気工業㈱プレスリリース（2018年5月22日）		 https://sei.co.jp/company/press/2018/05/prs046.html（3）	金森、「光ファイバ50年史」、SEIテクニカルレビュー、第197号、pp.1016（2020）（4）	住友電気工業㈱光ファイバ製品ウェブサイト（極低損失海底ファイバ Z
Fiber シリーズ）		 https://global-sei.com/fttx/optical-fibers/z-fiber/（5）	Y. Tamura, H. Sakuma, M. Suzuki, Y. Yamamoto, K. Shimada,Y. Honma, K.Sohma, T. Fujii, and T. Hasegawa,“Lowest-Ever
0.1419-dB/km Loss Optical Fiber,”OFC2017, Th5D.1（2017）（6）	住友電気工業㈱プレスリリース（2020年12月18日）		 https://sei.co.jp/company/press/2020/12/prs125.html（7）	住友電気工業㈱光ファイバ製品ウェブサイト（極低損失陸上幹線ファイバ PureAdvanceシリーズ）		 https://global-sei.com/fttx/optical-fibers/pureadvance/（8）	D. Marcuse,“Loss analysis of single-mode fiber splices,”BellSys. Tech. J., Vol. 56, No. 5, pp.703-718（1977）（9）	P. Poggiolini,“The GN Model of Non-Linear Propagation in
Uncompensated Coherent Optical Systems,”J. Lightwave
Technol., vol.30, No.24, pp.3857-3879（2012）（10）	T. Hasegawa, Y. Yamamoto, and M. Hirano,“Optimal fiber
design for large capacity long haul coherent transmission,”
Optics Express, Vol.25, No.2, pp.706-712（2017）

執 筆 者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
山本

義 典＊ ：光通信事業部 主席
2015年度 櫻井健二郎氏記念賞受賞

平野

正 晃 ：光通信事業部 グループ長
2015年度 櫻井健二郎氏記念賞受賞

ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー＊主執筆者

陸上光伝送システム用超低損失ITU-T G.654.Eファイバ “PureAdvance”

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