世界が認めた次世代光通信の本命、量子ドットレーザ：次世代ITを支える日本の「研究室」（3/3 ページ）

[富永康信（ロビンソン），ITmedia]

　ところで、量子ドットそのものの製造には、かなりのコストが掛かりそうに思える。しかし秋山氏は、「低コスト」も量子ドットの利点に含まれるのだという。作り方は世界でさまざまに研究されているが、薄膜結晶を積み重ねて量子ドットを自己形成させる、いわゆるボトムアップ的アプローチの製造方法が比較的ポピュラーだ。不思議なのは、積み重ねるだけで3次元構造（0次元的に電子を閉じ込めた状態）が自動的に生成されること。

　「量子ドットの場合、原子と原子の間隔（格子定数）が比較的大きく、自発的に格子定数を合わせる力が働くため、圧縮されるエネルギーが蓄積され、エネルギーが一定以上になるとその力が緩和されて自動的に3次元構造となる。つまり、2次元構造のものと変わらない工数で3次元の量子ドットが製造できる」（秋山氏）

従来のレーザとの性能比較（1.3μm FP）

　また、従来の光通信に必要な波長は1.3ミクロンで、そのレーザ発振子の材料には格子定数の大きなインジウムリン（InP）基板が使われていた。一方、量子ドットレーザでは、可視レーザダイオード（DVDやCDプレーヤーなどに使われる赤色レーザ）の製造でポピュラーな、大径のGaAs（ガリウムヒ素）基板が利用できるため、量産効果の高い生産技術が流用できるのだ。この点でも、比較的低コストでの製造が可能であることが裏付けされる。

既存のファイバを利用し構内高速伝送を実現する

　この量子ドットレーザ技術は、ウォールストリート・ジャーナル紙が主催する「Technology Innovation Awards 2006」の半導体分野で、「Runner-Up賞」（優秀賞）を受賞し、06年9月11日付けの同紙上で世界的に紹介された。このアワードには12分野で、24カ国以上から約600件以上の応募があったが、日本では富士通研究所、QDレーザ、東京大学のみの受賞となった。

　ただし、QDレーザが開発を進める量子ドットレーザも、課題がないわけではない。「3次元的に電子を閉じ込めている構造上、現時点での生産技術ではレーザ発振する部分とそうでない材料が混在してしまう。そのため、現状は10ギガbps程度の通信速度にとどまっている。今後はさらに高密度化を実現することで、量子井戸構造の半導体レーザより高速変調が可能な開発を進めたい」と秋山氏は語る。

　現在、量子ドットレーザは、ビル構内に敷設された既存のマルチモードファイバ（MMF）（*1）で、大容量ネットワークを実用化する検討がなされている。光ファイバの種類にはMMFとシングルモードファイバ（SMF）（*2）の2つがあるが、すでに広く普及している低速伝送用のMMFを使って、低コストに高速・大容量の光伝送を実現する。

　すでに、構内LANを長距離伝送する規格として、IEEE 802.3aq（10GBASE-LRM）（*3）が標準化される中、富士通とQDレーザでは、10ギガビットイーサネットLRM（Long Reach Multi mode fiber）に向けた製品化を急ぐ考えだ。

　ともあれ、量子ドットレーザの可能性は、構内LANなどにとどまるものではないことは確かなようだ。低コスト、小型・低消費電力、高速変調・長距離伝送の特性を生かして、企業／家庭を問わず、あらゆる光通信に使われていく可能性を秘めた技術といえる。

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*1　マルチモードファイバ（MMF）：コアの直径が50μmの、主に安価なプラスチック材を使った光ファイバのこと。太いコアを進む光は多重反射を繰り返し、光の到達時間に差が生じるため、伝送距離も短い。慣習的に、構内LANなどの低速伝送用に用いられる。

*2　シングルモードファイバ（SMF）：コアの直径が10μm以下の光ファイバ。細いコア内を進むレーザ光は、分散を起こすことなく高速に伝わるので、長距離の高速伝送に向く。信号が減衰しないようコア材には純度の高い石英を使用し、高価で折り曲げに弱い。

*3　IEEE 802.3aq（10GBASE-LRM）：IEEE委員会で06年9月に承認されたシリアル光学インタフェースの標準規格。敷設済みのMMF設備で10Gbpsの高速伝送をサポートする。通常のMMF伝送なら伝送距離は80mが限界だが、電気分散補償（EDC）技術により、220m間の通信を行えるようにするもの。