穿越全世界大海的“海底光纤”～对世界最高水准极低损耗光纤的挑战～

通过光纤来实现通信——这一革命性的构思诞生于约60年前。随后，在60年代，围绕光纤的研究真正得以推进，进入70年代后，光纤实用化的步伐日益加快。在这样的背景下，包括NTT（当时的日本电信电话公社）和住友电工在内的3家光缆生产商，成立了光纤共同研究体制。在这一过程中，我们发明出了被称为“VAD法”的具有卓越量产性的光纤制造方法。进入80年代后，我们通过对“VAD法”的改良，实现了更高品质且更低损耗的光纤量产，进入了正式商用化的阶段。

制作光纤时，首先制作以玻璃为主体的预制棒，在加热的同时，拉成细丝状，便制成了光纤。其要点在于，沿着同一轴向，在连续向上提起的同时，通过多孔质玻璃的堆积，制作出大型的光纤预制棒，以此来提升量产性。此外，由于制作出的光纤预制棒的杂质较少，因此还实现了低损耗这一高品质化。该“VAD法”的确立和进化，成为迈向“光通信时代”一大步。

“VAD法”确立过程中的课题之一，就是“低损耗”，即减轻“传输损耗”。那么“传输损耗”究竟是指什么呢？当光在光纤内传输时，经过一定的距离后，部分光会向光纤外部散射，或者由于玻璃内的杂质，部分光被吸收而衰减，这个过程就是传输损耗。当传输损耗增大时，光学信号就会难以送达，进而引起通信数据量受到限制、通信速度出现下降等有损通信质量和可靠性的情况（恢复劣化的光学信号时，需要使用光放大器）。因此可以说，对住友电工集团的光纤技术团队而言，实现低损耗光纤，是不断追求的最大主题。现在担任光通信事业部企画部长的大西正志也是致力于低损耗光纤开发的技术人员之一。

“实现低损耗，就需要提高玻璃的透明度。虽然“VAD法”能够尽量排除杂质，但是作为添加剂的锗却是必须的。虽然光纤是由纤芯和包层构成，但是要将光封入内部并传输，则需要纤芯和包层之间存在折射率差。要提升纤芯的折射率，就必须添加锗。但是，本公司追求的是终极的低损耗。因此，前辈们又着力开发无锗纤芯的光纤。为了确保折射率差，我们在包层中添加了降低折射率的氟，这种保持一定透明度（低损耗）的全新光纤被命名为“Z-光纤”，并得以问世”。

那是1986年的事。以数值来进行说明的话，以往光纤的传输损耗为0.20dB/km，而新产品却实现了0.154dB/km（研究水平/ 产品水平为0.17dB/km）*这一惊人的低损耗数值，令世界为之惊叹。

没过多久，住友电工集团的光纤技术团队就将他们所判断的今后必要且最合适的领域——低损耗光纤，作为自己所追求的目标市场。低损耗这一优点最能有效发挥的领域，是长距离通信领域，其最大规模的项目为穿越大海的“海底光纤”。在世界范围内，1988年时，第8号横跨大西洋电缆“TAT-8”就已经引进了光纤，接下来在1989年时，第3号横跨太平洋电缆“TPC-3”也完成了光纤化。由此，国际长途电话成为习以为常的事，随后为了进一步扩大传输容量，人们不断推进探讨。1992年，采用了“Z-光纤”的第4号横跨太平洋电缆“TPC-4”得以建设，实现了TPC-3的2倍的传输容量。“Z-光纤”的低损耗性极大地促进了大容量化。在此需要留意的是，虽然光收发器的高性能化也发挥了巨大的作用，但是低损耗海底光纤的重要性在这个阶段得到了广泛地认知。

* dB（分贝）是表示传输损耗的单位。0.17dB/km表示每1km会有0.17dB的损失的意思，用这个数值乘以传输路径的长度，就能估算出传输路径整体的损耗。

就这样，低损耗光纤被运用至海缆，但是另一方面，新的课题又突显出来。那就是“色散”的问题。光纤的使用波长伴随着半导体激光的进化，其波长延长至0.8㎛、1.3㎛和1.55㎛，但是带来巨大影响的，是1.55㎛的登场。1.55㎛波段被认为是光纤传输损耗最少的波段，适合长距离传输。但是住友电工集团的“Z-光纤”在1.55㎛波段虽然达到了世界最低损耗，但由于“色散”这一特性并非为零，传输容量受到限制。色散是指，由于波长不同，导致光的传输速度不同的现象。由于光波有少量的波长扩散，色散时，脉波波形会在时域上扩散，进而无法实现高速传输。住友电工的研究团队在维持低损耗的前提下，开始致力于在1.55㎛波段下实现零“色散”的研究。

“该如何抑制色散，使其接近于零呢？为此，需要通过添加剂等，改变纤芯和包层的分布形状，进而改变波长色散特性。虽然我们尝试了各种方法，但是不管如何尝试，传输损耗的数值仍居高不下。最终，大家满怀不甘，不得不放弃了相关开发”。

随后，海底光纤的采用依然不断扩大，但是这些光纤和“Z-光纤”所实现的低损耗光纤不同，利用的是以往将1.55㎛波段的色散控制为接近于零的使用锗的光纤。

从2002年开始的大约10年间，由于IT行业的经济环境的混乱，住友电工集团的海底光纤业务不得已也陷入了停滞。即便在这样的背景下，基于“传输损耗较低的光纤会为社会带来巨大的帮助”这一代代传承的信念，不断推进以极低损耗为目标的光纤开发。2010年左右，伴随着数字相干接收技术的登场，情况发生了急剧变化。这一技术可直接接收由于色散而失真的信号，通过信号处理电路的演算，针对失真进行修正处理。以该技术的实用化为契机，对于光纤的色散特性的要求急剧放缓，而对低损耗的要求突然提升。利用这个时机，我们增强开发资源，努力研发并于2013年取得了成果。开发的核心成员之一，就是现在光通信事业部海外技术部的平野正晃。

“为了实现传输损耗的极小化，将玻璃透明度提升至以往未曾达到的高度成为了我们的主要课题。一般认为光纤玻璃的折射率是均等的，但是实际上它存在“波动”。也就是说它并非均质。我们通过纳米级别的方式推进了其波动的极小化。也就是说，我们坚信减小玻璃的波动，提升其透明度，就可以实现极低损耗光纤”。

经过平野等人的研发，2013年，产品水平上达到0.154dB/km的光纤得以诞生，住友电工的光纤再次吸引了全世界的瞩目。这真是起死回生的开端。之后开发进一步加速，2017年，在研究水平上达到了传输损耗0.142dB/km（产品水平上，达到0.150dB/km），刷新了光纤传输损耗的世界记录。与平野等人的开发并行的，是海缆光纤应用的急速增加，最终获得了世界顶级市场份额的地位。

新一代光纤开发的相关举措也在不断加速。负责该工作的其中一人，就是光通信研究所光传送媒体研究部的长谷川健美。

“对本研究所来说，极低损耗光纤的开发是我们永远追求的主题。我们还需要进一步刷新世界记录。我希望在看准成本和生产率、准确把握客户需求的同时，推进相关研发。另一方面，每1根光纤的传输容量已接近极限。为了应对这一点，我希望对增加纤芯数的多芯光纤等全新开发也能发起挑战”。

看准研发的现状和市场，担负着提升住友电工集团的光纤事业在世界市场中威望这一职责的，就是隶属光通信事业部并兼任光通信研究所工作的小谷野裕史。

“不断拜访客户并听取其需求，这一点非常重要。虽然低损耗确实是本公司光纤产品的核心技术，但是客户并非只是追求质量，还需要综合性地削减成本。我希望在追求尖端技术的同时，能够提供最适合客户的光纤。还希望积极地开拓出全球范围内未涉足的全新市场”。

住友电工集团的光纤产品拥有长达约40年的悠久历史。“众多前辈们不言放弃、全力推进”（大西）的想法和信念得到了切实的传承。执着于独创技术，“制造出前所未有的产品”，不懈的努力将开拓出一个新时代。