次世代の大容量光通信を支えるマルチコアファイバとは？

はじめに

近年、動画配信サービスの普及、クラウドコンピューティングの拡大、そして生成AIによる大規模データ処理の急増などにより、世界の通信トラフィックは年々増加を続けています。従来の単一コア光ファイバでは、さらなる大容量化が課題となる中、複数のコアを1本のファイバに集積した「マルチコアファイバ」が次世代通信技術として注目されています。
本記事では、マルチコアファイバの基本構造から、従来のファイバとの違い、メリット、そして今後の展望についてわかりやすくご紹介します。

マルチコアファイバとは

・マルチコアファイバの定義
通常の光ファイバは、光が伝わる「コア」と呼ばれる中心部分が1本だけ存在する「シングルコアファイバ」が主流です。これに対してマルチコアファイバ（MCF: Multi-Core Fiber）は、1本の光ファイバ内に複数のコアを配置した構造を持つ光ファイバです。コア数は2コアから数十コアまでさまざまな構成が研究されており、代表例として4コア、7コア、19コアなどがあります。
それぞれのコアが独立した伝送路として機能するため、1本のファイバで複数本分の情報を同時に送ることが可能になります。

・マルチコアファイバと従来のファイバとの違い
従来のシングルコアファイバは、1本の光ファイバの中に光を伝送するための「コア」が1つしかなく、1系統の信号しか伝送できません。これに対してマルチコアファイバは、同じ外径のファイバ内に複数のコアを配置することで、それぞれのコアが独立した伝送路として機能し、1本のファイバで複数系統の信号を同時に伝送することができます。
このため、ファイバ本数を増やすことなく伝送容量を拡大できる点が、マルチコアファイバの大きな特徴です。

なぜマルチコアファイバが必要なのか

・伝送容量の限界(シャノン限界)
シングルコアファイバでは、波長多重（WDM）技術や変調方式の高度化によって伝送容量の拡大が図られてきました。しかし、信号対雑音比（SNR）などの制約により、単一コアあたりの伝送容量は理論的な限界に近づきつつあるとされています。


・空間分割多重(SDM)という発想
そこで注目されているのが、空間分割多重（SDM：Space Division Multiplexing）です。SDMは、光ファイバ内の空間的な自由度を活用して複数の信号を同時に伝送する技術であり、従来の波長多重に続く次世代の大容量化技術として期待されています。マルチコアファイバ（MCF）は、複数のコアを1本のファイバ内に配置することで、伝送容量の拡大を実現する光ファイバ技術であり、SDMを実現する代表的な手段の一つです。

特徴とメリット

・伝送容量の大幅な向上
実験レベルでは、1本のマルチコアファイバを用いてペタビット級（Pb/s級）の伝送に成功した事例も報告されています。

・ファイバ敷設スペースの削減
複数本のシングルコアファイバを束ねる代わりに、1本のマルチコアファイバで同等以上の容量を実現できるため、ケーブルの細径化や、管路・データセンター内の省スペース化につながります。

・コスト削減への期待
将来的には、同じ伝送容量をより少ないファイバ本数で実現できるため、敷設工事や設備管理にかかるコストの削減が期待されています。

課題と技術的ハードル

一方で、マルチコアファイバの実用化にはいくつかの課題も残されています。

最も重要な技術課題の一つが「クロストーク」です。これは、隣接するコアを伝わる光信号の一部がしみ出し、互いに干渉し合う現象で、信号品質の劣化や伝送距離・データレートの制限につながります。特に長距離の海底ケーブルでは、クロストークの影響が蓄積しやすく、伝送品質への影響が大きくなります。クロストークを抑えるには、コア間の距離を広げる、コア周囲の屈折率を調整して光の漏れを抑えるなどの設計上の工夫が有効ですが、コア間隔を広げるとファイバが太くなり、コア数を増やすメリットが薄れてしまいます。そのため「クロストークの抑制」と「ファイバの細径化・コア高密度化」はトレードオフの関係にあり、MCF設計における中心的な課題となっています。
また、複数コアに対応した接続部品(コネクタ、融着接続技術)や、各コアの信号を一括して増幅できる光増幅器の開発も必要です。
さらに、既存のシングルコアファイバ網との互換性や、新たな製造・接続インフラの整備も普及に向けた課題として挙げられます。
これらの課題に対し、世界中の研究機関や通信機器メーカーが活発に研究開発を進めており、海底ケーブルやデータセンター間の超大容量幹線などへの応用が期待されています。