今の研究動向がどうなっているのかを常に意識する

聞き手：北海道大学での研究テーマについてお教えください。

齊藤：学部生の時は，光だけではなく波動を使ったエレクトロニクス，波動エレクトロニクスと呼んでいたのですが，その研究をしていました。特に通信をメインターゲットとしていたわけではありませんでした。
　その後大学院から博士まで進んだのですが，その時のテーマは，光と弾性波というアコースティックの波との相互作用についての研究をしていました。光の場合はマクスウェル方程式を，弾性波の場合は弾性方程式を解くのですが，それを一緒に組み合わせて解くということをして学位を取りました。今では，このようにいろんな現象を組み合わせて解くことを，マルチフィジックスといっていますが，当時はまだそんな言葉はありませんでした。
　学位を取ったあとは，そのまま研究室で助手に採用していただいて，そこで教員としてスタートしました。
　その時に学生時代からの研究テーマを少し変えました。というのも，なかなか予算を取るのが難しいというイメージがあったからです。実際に2年間ぐらいは外部資金を獲得するのに少し苦労しました。
　当時は理論的な研究をメインにしていましたが，何のために研究をするのかという研究目的がありきというよりは，その理論的な研究，理論的な手法を開発して，それは何に使えるのかというように，逆のアプローチになっていました。自分ではこの研究はすごく大事だと思っていても，他人からするとたいしたことがなかったように思えました。
　それでどうしたらいいかと考えて，やはり何のために研究するのか，その研究ができたらどのようなインパクトがあるのかということを，強く意識していなかったことを反省しました。
　世の中の流れがどうなっているのか，今どういうことが求められているのかということをよく考えるようにしました。今ですと修士の学生さんでもどんどん国際会議に行っていますが，当時はそんなにたくさん国際会議に行く機会もなくて，外の情報もあまりよく見えていなかったというのも問題だったのかもしれないのですが。
　やはり，今の研究動向がどうなっているのかを常に意識しないといけないというか，それがすごく重要だなと考えました。光関係のトップカンファレンス，いわゆる最重要国際会議でどういうことが議論されていて，どういう論文が採択されていて，そういう国際会議に出るには何をしないといけないのかというのをよく考えて，メインの研究テーマを，今の光通信関係に変えました。

伝送容量の壁を空間多重で打ち破る

聞き手：現在の研究室での研究テーマをお聞かせください。

齊藤：今は研究室の名前が情報通信フォトニクス研究室というのですが，光通信を利用して超大容量・超高速の通信技術を実現するためにはどうしたらいいのかということを研究しています。
　もう少し具体的にいうと，光を発生させるレーザーや光を操作する変調器，光分波のような光のデバイスに光を伝送する光ファイバー，さらにはそれらを全部組み合わせた光の通信システムといったものをトータルで研究しています。どちらかというとシステムよりも少しデバイスに近い研究をしています。
　もともと研究室の強みというか歴史的に，数値シミュレーションを使用して物理現象を解明しよう。ということに強い研究室でして，今でも数値シミュレーションを駆使して，光デバイスなり光ファイバーで，新しいものを生み出していく研究をしています。ただ，シミュレーションだけではなく実験もして，確かにそうなりますということもいうようにしています。
　最近，力を入れているのは次の世代の光通信，ファイバーなりシステムなりをどうしたらいいのかというのを，われわれの研究室だけではなく産学官で連携して研究を行っています。
　1990年代は波長多重，周波数領域で多重するという技術と，あとはEDFAという光ファイバー型のアンプが発明され，通信容量が格段に上がりました。われわれが学生の時はこれで十分だというイメージだったのですが，その後デジタルコヒーレント技術というものが出てきてまた通信容量が上がりました。
　2000年を過ぎた辺りから，光ファイバー通信の上限が見えてきたといわれはじめました。その先をどうするのかが世界的な問題になりました。それを解決するための1つの手法が空間多重という方法です。無線では昔から使われているのですが，光通信ではまだ実用化されていません。最後の多重技術，空間多重を使ってどこまで通信の大容量化ができるのかという研究をしています。これはかなり重点を置いてやっています。
　通信のトラフィックは年率40％ほど増加し続けて，毎年前年の1.5倍ぐらい増えています。過去10年で，インターネットトラフィックが10倍ぐらいになっています。今後20年で考えてみると，100倍，あるいは1,000倍ぐらいまで伝送容量を拡大しないと，ネットワークの上昇カーブには付いていけないといわれています。それで空間多重の技術を使い伝送容量を上げることを研究しているのです。
　現在の光ファイバー通信の限界は，1本の光ファイバーでの伝送容量がだいたい100 Tbps（テラビット/毎秒）です。信号を多重するためには光ファイバーにたくさん光を入れる必要がありますが，もうそれ以上光を入れることができないというのと，あとは帯域制限が原因です。帯域を広げれば通信容量は上がるのですが，長距離伝送するために必要な増幅器の帯域が限られているので，増幅器の帯域以上には帯域を広げられないということが原因です。
　国際会議でも従来の光ファイバー通信技術では，伝送容量100 Tbps付近がチャンピオンデータになっていて，なかなか更新されないというか，更新がほとんど飽和しているような状態になっています。

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