第5代移动通信（5G）网络利用毫米波附近的电磁波提供超高速、多重连接和低迟延的通信服务。毫米波与第4代移动通信（4G）使用的电磁波相比除了容易衰减之外，还具有不容易衍射的性质。因此，要想构建5G网络，就要以小片区域为单位设置小型蜂窝基站，预计设置的基站数量与4G网络相比将会增加近100倍。
为构建小型基站网络，可以考虑利用无源光网络（PON）结构，在现有的光接入网络中追加小型蜂窝基站的方法。另外，为实现5G的普及，需要使用对设置场所没有要求的小型蜂窝基站，因此，能够内置于基站的手掌大小超小型光收发器的开发备受期待。
图1：采用PON结构的小型蜂窝基站
在这样的背景下，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）、光电子融合基础技术研究所（PETRA）和冲电气工业公司（OKI）合作，开发了采用硅材料的光元件技术，同时还面向用于5G网络的“TWDM-PON”光收发器，开发成功了全球最小的光接收芯片。经验证，无论偏振状态如何，该芯片均能以接收4个不同波长光信号的方式（4波长多路复用），稳定接收合计40Gbps的光信号。
此次开发的光接收芯片由新开发的偏振分离旋转元件、作为光波长滤波器的阵列波导光栅（AWG）以及锗光电二极管阵列等光元件构成。利用硅光子技术将这些光元件集成到芯片上，并利用光波导连接，成功实现了尺寸不到5mm见方的超小型化。
图2：新开发的超小型4波长多路复用光接收芯片
另外，为了实现不受偏振影响的接收动作，还新开发了光电路，能将波分多路复用光信号分离成2个偏振分量，然后再分离成4个波长分量，按照波长组合偏振分量。
研究小组将该芯片安装到带光纤连接器的原型模块上进行了验证，经由一根光纤，将随机偏振状态的10Gbps光信号切换为4种不同的波长作为该芯片的输入，可在不受偏振影响的情况下合计接收40Gbps的光信号。
如果像以前那样通过组合分立元件来构成具有相同功能的光接收模块，尺寸会达到数厘米见方，而采用此次的芯片，光接收模块的体积可以削减至原来的1/100以下。
今后NEDO、PETRA和OKI计划进一步开发基于此次开发的光接收芯片的超小型光收发器，实现可用于5G小型蜂窝基站的超小型光通信单元。通过这项开发，有望在更广泛的地区提供通过移动方式发送高清晰视频等5G服务。
（日文新闻发布全文）
文：JST客观日本编辑部翻译整理
