国际科学技术财团将2023年的日本国际奖授予了“电子、信息和通信”领域的日本东北大学的中泽正隆卓越教授（70岁）和信息通信研究机构的萩本和男主席研究员（68岁）。被誉为“支撑全球互联网社会的骨干技术，开拓了‘长距离·大容量光数据通信’之路”的半导体激光放大器等研究成果究竟是何物呢？Science Portal采访了二人以及他们的获奖纪念演讲。
获得日本国际奖的中泽先生（左）和萩本先生（摄于4月14日）
光能量传播100公里衰减到只剩约1%
通过把来自个人电脑等的电子信号转换为光信号，使其可以在互联网中高速发送和接收。光纤作为收发信息的通道，物理学家高锟博士（Charles K.Kao）注意到了由高纯度玻璃制成的光纤的便利性，于1966年发表了一篇关于光纤基本技术的论文。由此光纤从20世纪70年代开始投入实际应用，2009年高锟博士因此荣获诺贝尔物理学奖。
尽管纯度很高，但光能量在通过光纤时会不断衰减。在100公里的距离时仅剩下约1%左右。萩本先生笑道：“当时我工作的横须贺NTT研究所100公里开外是富士山。晴天的时候肉眼能够看到富士山，但我就想如果把玻璃板排成100公里长，那么就只能看到1%了啊。”
为了用光纤纵贯日本列岛，从北海道到冲绳约3000公里，或者与间距约1万公里的其他大陆之间建立国际通信网，就有必要在光纤接续时有效地放大减少的光。
组合半导体激光器和铒实现小型化
中泽先生和萩本先生都是1980年进入日本电信电话公社（现NTT）工作的。中泽先生当初研究的题目是开发能够寻找出因土木工程等意外受损的光纤断裂点的装置。当时为了寻找断裂点，开发了一种能够在纤维内传播的激光。在调查相关研究时，还发现添加了稀土元素铒的光纤能使光增幅。
中泽先生充满怀念地表示：“当时，英国南安普顿大学戴维佩恩（David Payne）教授和美国贝尔实验室的团队也在独立开发放大器，竞争非常激烈。如果能取得成果的话当然会很自豪，但身体已经相当疲惫不堪，可一想到会被竞争对手赶超，心中便颇有不甘。大概是因为当时只有35岁（还很年轻的缘故）吧，所以最终还是咬牙挺了过来”。当时的竞争焦点是如何在不使用大型设备的情况下，给能够增幅光能的铒提供能量，使其处于激发状态。
已有的光增幅器是将光信号转换为电信号，进行电信号增幅后再转换为光信号发送，但装置的体积庞大且需要大功率。中泽先生就考虑利用以前为搜索断裂点开发的装置中使用的InGaAsP半导体激光器进行照射，同时组合使用掺铒光纤应该可以为光增幅，并于1989年试制出了一个能够有效适用大范围频带光的半导体激光泵浦光放大器。该放大器只有10平方厘米，还不到以往光学放大器的1/100，并且使用电池工作。中泽先生强调表示：“我并非从一开始就在研究光放大器。只是因为重视可替代物而产生了新的想法”。
1989年发布的光放大器试制品（由国际科学技术财团提供）
领先于海外竞争对手主导国际标准化
试制品完成后，同样在NTT工作的萩本先生迅速验证了其可以进行212公里的远距离传输。从1989年2月在国际学会上的发表开始，与贝尔实验室等海外公司的竞争便逐渐激化。萩本先生回忆道：“我当时过着在公司职工宿舍回家吃过晚饭，即使一岁的长子哭个不停，也会回到公司做实验的生活。即使赢了一次竞争，在其它国际学会上，欧美的研究机构会拿出更成熟的成果来试图赶超。因此我们必须总是领先一步取得成果，如果无法连续取得好的成果，就无法得到欧美研究者的认可。”
在同年7月召开的国际会议上，NTT再次在多中继传输中领先了一步，也推进了高输出化。还证实掺铒光放大器可以在不同波长的光不产生竞争的情况下实现同时放大。通过多个波长的光在单根光纤内传输的波分复用（WDM）的方式，进一步提高了信息通信的容量。由于领先于海外竞争对手，主导了放大器的国际标准化，为每秒发送1Tbit信息的太比特光传输奠定了道路。
该放大器已被用于日本通信公司KDD（现KDDI）的第一条横跨太平洋的海底光缆中。目前已发展到了可以使用互联网在世界各地收看国际转播，通过国际海底光缆网络交换个人信息等收发大容量信息的程度。
最新的国际海底光缆网络（由国际科学技术财团提供）
海底光缆中继器（左）中的光增幅器（由国际科学技术财团提供）
期待结合无线技术的“杂食”
互联网的信息通信量目前仍在增加之中。中泽先生和萩本先生的成就为今天广泛使用的SNS和云服务做出了巨大贡献。但是，随着支持Society5.0的5G（第五代移动通信系统的简称）以及后续的6G时代的到来，信息通信量将越来越大。
在这一背景下，对于通信的大容量化和高速化，中泽先生表示：“我认为对未来的研究人员来说，‘杂食’是很重要的。在未来的通信技术中，不仅是光，如果可以将无线电同样用于电磁波，也应该进行技术开发，有线和无线融合的‘3M技术’很有前景”。
3M技术是指（1）Multi-level modulation（多级调制）、（2）Multi-core fiber（多芯光纤）、和（3）Multi-mode control（多模态控制）的首字母缩写。（1）是一种通过改变光的特性增加传输信息量的技术，已投入实际使用；（2）已开发出了一种已经不能称之为玻璃的使用什么都透不过的空孔纤维，并且有望很快投入实际使用；（3）是一种增加收发天线的技术。
到2050年左右，随着信息通信速度和容量的不断提升，飞行汽车、无人机、自动驾驶等运输领域将发生巨大变化。除了居家医疗、远程手术等医疗领域之外，还包括利用元宇宙（虚拟空间）开发各种服务、灾难等的大规模模拟等，其应用可以说是无限的。而3M技术的运用将是关键。
原文：长崎绿子/JST Science Portal 编辑部
翻译：JST客观日本编辑部
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