成果報告書詳細
管理番号20120000000843
タイトル平成21年度~平成23年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業/実用化開発/待機電力ゼロの光制御光スイッチング方式小規模光ネットワークの研究開発
公開日2012/7/26
報告書年度2009 - 2011
委託先名株式会社インターエネジー 大日精化工業株式会社
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約本研究開発は「Cool Earth?エネルギー革新技術計画」における、重点的に取り組むべきエネルギー革新技術「21」の内、民生部門・省エネ型情報機器・システムに関する。インターネットの普及にともなう情報通信の高速化および大容量化に対応するため、情報通信業者の消費する電力は、現在、我が国の総消費電力の1%を超えるに至っており、インターネットサービス提供設備やデータセンターの省エネ化が熱心に進められている。一方、広帯域情報通信の末端に位置する、「ファイバー・トゥ・ザ・ホーム(FTTH)に接続された一般家庭における小規模ネットワーク」に着目すると、国内普及数は2011年12月現在2千189万件に達し、更に年間2%を超える増加率を保っている(総務省プレスリリースより)。現行システムは屋内で光信号を電気信号に変換し、通常のLANシステムを用いて分配しているため通信の有無に関係なく、常時電力を消費している。<1日当たり実使用時間4時間>と仮定して待機電力を試算すると、FTTH2189万契約×15W×待機むだ20時間/日=24億kWh/年(原油61万kL/年、CO2排出160万t/年)と大きい。更にFTTH通信速度を10倍にしてスーパーハイビジョン放送をFTTH経由で一般家庭へ配信する構想もあり、現行方式のままで高速化すると待機電力は一層増大すると懸念される。
全く新しい原理に基づくシステムとして、1×7光制御光スイッチと光-電気(O-E)変換アダプター他からなる「待機電力ゼロの光制御光スイッチング方式小規模光ネットワーク」を開発する。この新システムを広く一般家庭に普及させることで10GbpsFTTH&スーパーハイビジョンTVの普及とFTTH省エネを同時に実現可能となると期待される。本構想実現の最大の課題はFTTH事業者(NTTなど)に本テーマの新方式を検証の上、採用してもらうことである。そのため厳しい実証試験に耐えることのできる装置およびシステムを完成させ、提供できるようにすることを本実用化開始フェーズの最終目的とする。
 〔数値目標〕
 2013?2014年量産開始、2030年の原油削減目標44万kL/年 
 〔要素・研究課題目標と達成目標値〕
 1)光スイッチLAN用通信アダプター:FTTH光インターフェースの規格クリア
 2)光スイッチLANシステム開発:FTTH上位互換
 3)光スイッチLANシステム実証:ユーザー(企業)確保
 4)光制御光スイッチ用熱レンズ素子量産化・コストダウン:マイクロセル@150(10万個/月)
 5)熱レンズ素子耐久性試験:耐環境性試験(試料数11で3条件)完了
 6)1×7光制御光スイッチ量産化・コストダウン:目標仕様25項目クリアー;
                        量産フロー確立
 ★システムの存在と特徴を業界・学会で認知させるため、
 7)熱レンズ素子&光-光スイッチ性能評価:論文投稿2件以上;光制御光スイッチの原理である熱レンズ効果の機構について、ラマン分光法を駆使して熱レンズ素子の溶剤の温度変化を三次元で把握する手法を開発して解明した。この成果について学会発表および論文投稿した。
英文要約Development of the least stand by power system using a 1x7 all-optical switch
1. Background and target of the theme
The popularization at fiber to the home (FTTH) reaches 21,890,000 as of December, 2011 and moreover, they are keeping the rate of increase which exceeds 2 year %. Because it is distributing an optical signal using usual LAN system by changing it into the electronic signal at a home, irrespective of the existence or non-existence of the communication, the current system is consuming a continuous power. It is as big as 2,400,000,000 kWh/year (correspond to consumption of petroleum as 610,000kL/year or CO2 discharge/year of 1,600,000 t) by supposing that working time of the system per day as 4 hours. Moreover, that there is a plan which does communication-transfer-rate by 10 times then delivers Ultra High Definition Television・broadcasting to the home via FTTH, which brings more standby power than now if the current system is kept. A novel LAN system in a home connected to a system of the FTTH is now developing. 1) Most important parts of dye-cell will be justified as durability, and development a technology of mass-production for the optically-gated optical switch. 2) A 1x7 optically-gated optical switch composed of a micro-size dye-cell and 7-bundled optical fiber will be established as a pencil-size optical switch. 3) A LAN system with time-division multiplex and its control system will be developed for controlling the optically-gated optical switch. 4) A demonstration of the total system with the optically-gated optical switch developed here will be performed. The mass production starts in 2013, which brings a target of petroleum reduction as 440,000kL in 2030.
2. The result and the energy saving effect of the theme
1) It switches FTTH optical signals (an upstream signal with 1310 nm and a downstream signal with 1490 nm) to the 7 directions without loss by the prototype of 2010, the optical switch common communications adaptor and the optical fiber LAN system (less than 10^-6 error rate). 2) It is FTTH optical signal optical path switching demonstration beginning with 2012, the light switch common communications adaptor and the proof type of the optical fiber LAN system. 3) The most important parts of dye-cell composed of a quartz vessel, and a dye of large optical-density (OD) at 980 nm light with infinitesimal OD between 1310 nm and 1490 nm light has established. Several technologies for mass production such as a vacuum process has applied for sealing a dye solution in a quartz vessel, which bring a high-quality dye-cell having high specifications of large durability such as 2000 hours at -40 degrees, 2000 hours at 85 degrees and 500 cycles between -40 and 85 degrees. 4) 7-bundled optical fiber for both gating and receiving, and prism of hexagonal truncated pyramid have developed for manufacturing technology by establishing 25 target specifications for 1x7 optically-gated optical switch. Mechanism of switching operation as a result of gating light irradiation is analyzed by local temperature measurements around focal point of the gating light using Raman scattering spectroscopy. These results are published both in proceedings of SPIE (Switching mechanism of an optically-gated optical switch using an organic dye.) and in Optical Communications Systems・ by InTech publication (The least stand by power system using a 1x7 all-optical switch.).
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