隨著高速通訊標準“5G”的登場和遠端辦公的普及，全球的通訊量持續增長，2020年代之內光纖（optical fiber）通訊網陷入容量不足的風險已經出現。此前透過改進現有光纖或增加纜線數量加以應對，但已接近本身效能和設定空間的極限。因此，不僅是通訊標準，推進光纖本身通訊量飛躍式增加的研究也成為當務之急。

新一代光纖的傳輸試驗

日本“情報通訊研究機構”（NICT，日本總務省的下屬機構，日語的“情報”是“資訊”之意）的光子網路(photonic network)系統研究室長古川英昭指出“如果通訊量持續增加，2020年代內將超過現行光纖的極限”，對相關狀況敲響了警鐘。據日本總務省統計，日本國內的通訊量在10年裡增至10倍以上。

原因是使用智慧手機和個人電腦的機會的增加。隨著這些終端產品的效能提高，影片也成為人們相互傳送的物件。傳送資訊時，攜帶資訊的數字訊號將轉變為光訊號，透過光纖線纜傳輸。光纖以海底光纜的形式遍佈全世界，成為與世界交流的不可或缺的存在。可以說，光纖是支撐現代社會的“幕後英雄”。

現在的光纖(左)的光訊號通道為1條，但新一代光纖(右)將為多條（圖由日本情報通訊研究機構提供）

此前透過增加每根光纖的傳輸容量來應對通訊量的增加。2005年的傳輸容量為每根每秒1萬億位元，但現在已達到十數萬億位元。

不過，現行的光纖只能將傳輸容量提高至100萬億位元。如果傳輸更多的資訊，用於通訊的鐳射將過強，存在光纖熔化的風險。如果威脅變為現實，通訊將停滯，將對業務高效化和勞動方式改革造成影響。

日本“電子情報技術產業協會”的預測顯示，全球通訊量預計在截至2030年的10年裡增至15倍，今後將持續增加。為了解決這一問題，日本國內外的光纖企業推進開發的是稱為“Multi core（多核）”的新一代光纖。

此前的光纖只有一條被稱為“Core（纖芯）”的光訊號通道，但多核光纖將具有3～4根纖芯。就像隨著道路的車道數增加、能行駛的車輛數也將增加一樣，如果光訊號的通道變多，傳輸容量也將增至數倍。

另外，要準確傳輸光訊號，有必要避免其他訊號的干擾，但一根光纖的直徑只有0.125毫米，跟頭髮的粗細差不多。因此，纖芯之間的間隔只有0.05毫米左右，與從相鄰纖芯洩露的光訊號產生干擾成為此前的課題。

解決方法之一是在纖芯周圍增加作為材料的低折射率玻璃層，避免向周圍洩露。透過在玻璃里加入氟，僅降低周邊部位的折射率，讓光訊號留在纖芯。

日本情報通訊研究機構於3月實施了採用具有4根纖芯的光纖的傳輸試驗，成功實現每秒610萬億位元的傳輸。在現在同等粗細的光纖的傳輸容量方面，創下了世界記錄。這樣的話，即使纖芯為多個，光纖的粗細也不會改變。

多核光纖可以和現有的光纖並用，因此被認為將逐步加以取代。

日本住友電氣工業2019年在世界範圍內首次在義大利鋪設了多核光纖，日本情報通訊研究機構對相關效能給予積極評價。按日本“電子情報通訊學會”的設想，自2025年前後起，具有4根纖芯的光纖將開始在10公里以下的短距離通訊網使用。預計自2030年前後應用於海底光纜。

要進一步提高每根光纖的效能，還具有開發使纖芯加粗、讓光訊號在1根纖芯中穿過多個通道的“Multimode（多模）”光纖這一途經。與多核結合的實用化被認為將等到2030年代後半期。

在新一代光纖領域，日本企業的研究開發走在前頭。負責專利相關事務的日本特許廳2018年釋出的報告顯示，在光纖的多核領域，在世界上已申請的專利件數的前4家企業為藤倉、住友電工、NTT和古河電氣工業，被日本企業獨佔。在多模領域，第2～4位也由NTT、住友電工和藤倉等日企壟斷。藤倉計劃在2020年代中期之前實現多核光纖的商用化。

當然，日本以外的企業也在推進新一代光纖的開發。美國特殊玻璃廠商康寧(corning)在多模光纖專利件數上居第1位，在多核領域也成功實現大容量傳輸。義大利的普睿司曼集團(Prysmian Group)也具有新一代光纖的研究成績。與智慧手機和基站等同樣，光纖的全球競爭也可能日趨激烈。

5G時代，你覺得光纖的作用重不重要？