CN105637787B - 通过光波导同时进行数据和功率传输的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过单个光波导同时进行全双工数据和功率传输的设备和方法。在该设备中，光波导连接基站和远程站。在基站处，大功率激光源发出用于承载功率的第一激光束，并且基站低功率激光源发出用于承载从基站通过光波导到远程站的数据的第二激光束。光接口将激光束耦合到光波导中以进行传输。在对应的第一和第二远程站光接收器处接收第一和第二激光束。类似地，在远程站处，远程站低功率激光源发出用于承载从远程站到基站的数据的第三激光束，并且在基站光接收器处接收该束。第一、第二和第三激光束的波长不同。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信和功率传输，更具体地涉及一种在基站和远程站之间通过光波导同时进行全双工数据传输和功率传输的设备。
背景技术
通过光纤线缆进行数据通信是非常公知的，并且现在实施了很长一段时间了。通过光纤进行光功率传输现在在高压直流(HVDC，high voltage direct current)技术中已经已知许多年了，并且由于其提供的大量优点而越来越受欢迎。光纤提供的电功率具有提供对电气噪声完全免疫的优点，并且提供源和系统的完全隔离。
通过光纤线缆同时进行数据和功率传送需要大量线缆，即用于传输数据的线缆、用于接收数据的线缆和用于传输功率的单独的线缆。在这些系统中，为了通过单个光波导进行双向数据通信，使用双工模块。这些模块包含发送二极管和接收光电二极管，并且这些中的每一个通常在不同的波长处工作。通过附加的光波导向电气模块供给功率。为此，通过高功率激光器将光耦合到光波导中。然后，借助光伏转换器在电气模块中将光转换回电能，使用这些模块例如来测量高压电势下的电流和电压。以相同的方式，除了测量模块之外，还使用用于将电弧路径或间隙点火所需的高压电势下的间隙触发模块。
此外，双工模块还可以用于配备有具有不同的功率或波长的两个激光器并且也耦合到单个光波导中的医疗技术应用。
使用光纤线缆的优点是广泛已知的。使用光纤线缆进行传输产生低传输损耗并且不产生串话，并且使可使用的带宽更宽。它们提供信号安全、电气隔离，并且对干扰提供免疫。此外，光纤线缆的尺寸和重量小，并且原材料可富余地获得。这些仅仅是使用光纤线缆进行数据和功率传输的优点中的一部分。
然而，当使用先前提到的双工模块进行数据传输时，使用单独的光波导来与数据一起传输功率。因为用于功率传输的附加线缆需要额外的原材料，因此这使传输的成本增加。安装成本也增加。
美国专利US 7844154公开了一种特殊的线缆，其中，数据和功率传输可以通过单个光波导来进行。这种线缆消除了在进行数据传输的系统中使用单独的线缆来传输功率的需要。该专利公开了一种光纤，其被适配为承载光功率用于对电气设备供电，并且还被任选地适配为承载光数据用于进行信号处理。能够承载光数据和光功率两者的光纤包括承载数据光的中心数据波导区域以及同心地围绕数据波导区域并且被适配为承载相对大量的光功率的环形功率波导区域。
然而，上面公开的发明需要对普通光纤线缆进行特殊的结构改变，其包括制作用于通过同一线缆分别传输功率和数据的不同的同轴通道。
因此，存在对通过单个光波导同时传输功率和数据、而不需要对已有的光波导进行任何结构改变的设备的需要。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具成本效益的、用于在不改变已有光波导的结构的情况下通过单个光波导同时传输数据和功率的设备。
通过使用三重模块，在一个波长处传输数据，在另一个波长处接收数据，并且在第三个不同的波长上传输功率，来达到通过同一个光波导将全双工数据传输与同时的功率传输集成的目的。
所提出的解决方案克服了铺设附加的光纤线缆用于功率传输或者对普通光波导进行结构改变用于传输功率的需要。由于通过使用三重模块通过单个光波导利用激光对电子模块进行功率供给和数据传送，因此这使得节约构成光波导的原材料，并且其还使得节约铺设光波导的手续成本，因为仅单个波导就能够提供所希望的结果。
已有的通过激光通道进行数据传输、尤其是从基站到远程站的上行链路传输的方法易于出错，因为数据传送还必须同时实现对模块的功率供给，换句话说，经由数据传送来实现模块的功率供给。在使用如在本发明中公开的三重模块的系统的情况下，通过激光的数据传送和功率供给彼此完全独立地进行。其结果是，能够预期更高的传输和安装的可靠性。
本发明公开了一种使用三重模块通过单个光波导同时进行全双工数据和功率传输的设备和方法。在该设备中，光波导连接基站和远程站。在基站处，大功率激光源或大功率激光源发出第一激光束用于承载从基站通过光波导到远程站的功率，并且低功率激光源、例如低功率激光二极管发出第二激光束用于承载从基站通过光波导到远程站的数据。光接口将激光束耦合到光波导中以进行传输。在对应的第一和第二远程站光接收器处接收第一和第二激光束。类似地，在远程站处，低功率激光源、例如低功率激光二极管发出第三激光束，用于承载从远程站到基站的数据，并且在基站光接收器处接收该束。第一、第二和第三激光束的波长不同。
本发明公开了一种用于在基站和远程站之间通过光波导同时进行数据和功率传输的设备。数据传输是双工双向传输。该设备包括基站、远程站和将基站连接到远程站的光波导。基站用于通过光波导发送和接收数据并且用于通过光波导进行功率传输。基站包括用于发出第一波长的第一激光束的大功率激光源、用于发出第二波长的第二激光束的低功率激光源、例如低功率激光二极管以及用于从远程站接收第三波长的第三激光束的基站光接收器。第一激光束用于进行从基站到远程站的功率传输，第二激光束用于进行从基站到远程站的数据传输，并且第三激光束用于进行从远程站到基站的数据传输。该设备还包括：基站光接口，用于将第一和第二激光束同时耦合到光波导中，并且将第三激光束从光波导引导到基站光接收器。
远程站用于接收和发送数据，并且用于通过光波导从基站接收功率。远程站还包括：低功率激光源、例如低功率激光二极管，用于至少产生所述第三激光束，用于进行从远程站到基站的数据传输；第一远程站光接收器，用于接收来自基站的所述第一激光束；第二远程站光接收器，用于接收来自基站的所述第二激光束。所述设备还包括：远程站光接口，用于同时将所述第一激光束引导到所述第一远程站光接收器、将所述第二激光束引导到所述第二远程站光接收器，并且用于将所述第三激光束耦合到光波导中。
在该设备中，第一、第二和第三激光束的第一、第二和第三波长分别彼此不同。用于进行从基站到远程站的功率传输的设备、即用作功率发送器的大功率激光源和第一远程站光接收器在第一波长处工作。用于进行从基站到远程站的数据传输的设备、即用作上行链路数据发送器的基站处的低功率激光二极管和第二远程站光接收器在第二波长处工作。用于进行从远程站到基站的下行链路数据传输的设备、即用作下行链路数据发送器的远程站处的低功率激光二极管和基站光接收器在第三波长处工作。
激光束的特性、例如窄光谱宽度、高强度、高方向性和相干性使其成为这些应用的最佳选择。
在所述设备中使用的光波导的示例是多模62.5/125或者105/125μm光纤线缆。
在另一个实施例中，所述第一远程站光接收器包括光伏功率转换器(PPC)，用于将从所述第一激光束接收到的功率转换为电能。作为光经由第一激光束通过光波导传输功率，并且在远程站处接收功率。PPC接收激光束中的功率，并且将光能转换为电能。在一个示例中，PPC是PPC-6E，其是对于790-850nm照明范围内的最大效率优化过的光伏功率转换器。其被设计为将790-850nm的光转换为最大6V的电功率，输出几mW至0.5W的功率。PPC-6E可以带有ST或FC接头。其提供完全的电隔离。PPC-6E对于810nm光源优化过。
向远程站处的处于高电压的电子模块供给通过光波导传输的功率。电子模块的示例是测量模块、间隙触发模块等。使用这些模块例如用于测量处于高电压电势的电流和电压。以相同的方式，除了测量模块之外，还使用用于将电弧路径或间隙点火所需的处于高压电势的间隙触发模块。因此，分别利用附加的大功率激光二极管或者光电元件，利用单个光波导，换句话说，利用光波导、光纤等，以向位于高电压处的电子模块、组件、板等供给电力。
在设备的另一个实施例中，所述基站光接收器、所述第一远程站光接收器和所述第二远程站光接收器是光电二极管。光电二极管是基于半导体的光检测器，其能够将来自第一、第二和第三激光束的光转换为电流或电压。这些光电二极管可以感测落在其上的激光束的发光功率，并且将该光功率转换为对应的电流。仅使用这些光电二极管，因为其尺寸小、材料合适、灵敏度高并且响应时间快。
在又一个实施例中，低功率激光源、即基站处的低功率激光源和/或远程站处的低功率激光源是激光二极管。在又一个实施例中，这些激光二极管是垂直腔面发射激光器(VCSEL，vertical-cavity surface-emitting laser)类型的。VCSEL是半导体激光二极管，与传统的边缘发射半导体激光器不同，其激光束发射垂直于顶表面。使用VCSEL，通过按照希望沿特定方向提供激光束，使得设备的构造更简单。
在再一个实施例中，所述大功率激光源具有连接到其的热沉，用于从所述大功率激光源散热。大功率激光源在产生1.5W或更大级别的功率时辐射大量热。为了散去这些额外的热，需要热沉。热沉使基站的温度保持低。低功率激光源不辐射这么多热，因此不必要求热沉。
然而，使用热沉不是强制的，因为功率消耗与所需的激光功率和占空比有关。在需要进行冷却的情况下，例如在功率大或者占空比大的情况下，可以使用任意种类的冷却，即被动冷却，例如使用热沉，或者主动冷却，例如使用冷却风扇。
在又一个实施例中，所述基站低功率激光源、所述基站光接收器、所述基站光接口和所述大功率激光源布置在基站壳体内部。该壳体一起形成基站三重模块。这种‘集成版本’的设备赋予设备紧凑的结构，并且使得其更便携。
在另一个实施例中，所述基站低功率激光源、所述基站光接口和所述基站光接收器一起形成布置在基站壳体内部的基站三重模块。所述大功率激光源经由第一永久链路连接到所述基站三重模块，该第一永久链路带有将所述第一激光束馈送到所述基站三重模块中的波导。该带有波导的永久链路可以由光纤尾纤制成。将大功率激光源作为外部附件连接到基站三重模块的这种‘尾纤版本’的配置具有优点。大功率激光源在产生1.5W或更大的级别的功率时辐射大量热。为了消散这些热，必须安装热沉。热沉将占据相当量的空间。将大功率激光源作为单独的模块经由带有波导的永久链路连接到基站三重模块，将使基站三重模块的尺寸减小，因为大功率激光模块与热沉一起布置在三重模块的外部并且形成单独的外部单元。这使设备更灵活，从而可以将其容易地适配为更大的系统。
在另一个实施例中，所述远程站低功率激光源、所述远程站光接口、所述第一远程站光接收器和所述第二远程站光接收器布置在远程站壳体内部。该壳体一起形成远程站三重模块。这种集成版本赋予设备紧凑的结构，并且使其更便携。
在再一个实施例中，所述远程站低功率激光源、所述远程站光接口和所述第二远程站光接收器一起形成布置在远程站壳体内部的远程站三重模块。所述第一远程站光接收器经由第二永久链路连接到所述远程站三重模块，该第二永久链路带有用于从所述远程站三重模块接收所述第三激光束的波导。使远程站光接收器在远程站三重模块外部的优点是，其对设备提供灵活性，并且带有波导的第二永久链路确保与远程站三重模块的连接，而不损害其功能。
在本发明的一个实施例中，所述第一波长是808nm或者940nm，所述第二波长是1310nm，并且所述第三波长是850nm。
在再一个实施例中，所述基站光接口包括设备的基站光学布置，并且所述远程站光接口包括设备的远程站光学布置。这些设备中的每一个能透过选择性的波长。换句话说，每个设备仅让特定波长或者带宽的光通过，并且反射或者折射其余波长的光。因此，各个设备基于设备的透过特性，不同地处理入射到这些设备上的具有不同波长的激光束。
所述设备的基站光学布置包括：第一设备，其能透过所述第一激光束并且反射所述第三激光束。所述第一设备布置为，使得将所述第一激光束耦合到光波导中，并且向所述基站光接收器反射来自光波导的所述第三激光束。所述设备的基站光学布置还包括：第二设备，其能透过所述第一激光束和所述第三激光束并且反射所述第二激光束，其中，所述第二设备布置为，使得将所述第一激光束耦合到光波导中，所述第三激光束通过所述第二设备传向所述第一设备，并且所述第二激光束被反射和耦合到光波导中。
所述设备的远程站光学布置包括：第三设备，其能透过所述第一激光束和所述第三激光束并且反射所述第二激光束。所述第三设备布置为，使得所述第一激光束在通过所述第三设备之后被引导到第四设备，将所述第三激光束耦合到光波导中，并且向所述第二远程站光接收器反射来自光波导的所述第二激光束。所述第四设备能透过所述第一激光束并且反射所述第三激光束。所述第四设备布置为，使得将所述第一激光束引导到所述第一远程站光接收器，并且向所述第三设备反射所述第三激光束。
设备的这种布置确保通过光波导在不同的波长处传输功率，而不干扰通过同一光波导在另一波长处进行的数据传输。此外，应当指出，从基站到远程站的数据传输、即上行链路传输和从远程站到基站的数据传输、即下行链路传输在两个不同的波长处进行。
在另一个实施例中，基站中以及设备的远程站光学布置处的设备中的每一个是反射镜、过滤器或者透镜。这些反射镜或者透镜用作用于特定波长的过滤器。它们特别被设计为仅允许具有选择性的波长的光通过，并且阻隔其它波长的光。这确保将激光束引导到光波导中并且引导出光波导，并且准确地落在基站和远程站处的对应的接收器上。
在一个实施例中，与所使用的波长相对应地与过滤器组合地使用一种类型的球形透镜，用于经由光纤连接器将束聚焦到接收器。透镜、反射镜或过滤器的选择可以与三重模块的壳体内部的可用空间有关。
本发明还公开了一种通过连接基站和远程站的光波导同时进行数据和功率传输的方法的实施例。所述方法包括如下步骤：由基站处的大功率激光源产生具有第一波长的第一激光束；由基站处的基站低功率激光源产生具有第二波长的第二激光束；将第一激光束和第二激光束耦合到光波导中。之后，所述方法包括如下步骤：将第一激光束上的功率从基站经由光波导传输到远程站；以及将第二激光束上的数据从基站经由光波导传输到远程站。
然后，将承载功率的第一激光束引导到第一远程站光接收器，并且将承载数据的第二激光束引导到第二远程站光接收器。在第一远程站光接收器处从基站接收所传输的由第一激光束承载的功率，并且在第二远程站光接收器处从基站接收所传输的由第二激光束承载的数据。
所述方法还包括如下步骤：由远程站处的低功率激光源产生具有第三波长的第三激光束；将第三激光束耦合到光波导中；以及将第三激光束上的数据从远程站经由光波导传输到基站。然后，将第三激光束从光波导引导到基站光接收器，其中，在基站光接收器处接收来自远程站的数据。
在该方法中，所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长彼此不同。这防止数据传输和功率传输之间的串话或干扰。
在所述方法的一个实施例中，将第一激光束上的功率从基站经由光波导传输到远程站的步骤，将第二激光束上的数据从基站经由光波导传输到远程站的步骤，以及将第三激光束上的数据从远程站经由光波导传输到基站的步骤同时进行。这使得全双工数据通信与功率传输同时进行，两者彼此独立地进行，而不产生任何干扰。
另外，通过光波导同时进行数据和功率传输的设备可以包括上面针对根据本发明的设备的不同实施例提及的一些或全部特征。
附图说明
现在，参考本发明的附图讨论本发明的上述和其它特征。所示出的实施例旨在对本发明进行说明、而不是进行限制。附图包含下面的图，其中，在说明书全文和全部附图中，相似的编号表示相似的部分。
图1是在基站和远程站之间通过光波导同时进行数据和功率传输的设备的示意图。
图2是该设备的另一个实施例的示意图，其中，大功率激光源和第一远程站光接收器分别经由带有波导的永久链路连接到基站和远程站。
图3是描绘通过连接基站和远程站的光波导同时进行数据和功率传输的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图对各个实施例进行描述，其中，在全文中使用相似的附图标记指代相似的元素。在下面的描述中，为了进行说明，叙述了大量具体细节，以提供对一个或更多个实施例的全面理解。很明显，这些实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。
图1是用于在基站3和远程站4之间通过光波导2同时进行数据和功率传输的设备1的示意图。基站3主要包括大功率激光源5、基站低功率激光源7、包括第一设备26和第二设备27的设备的基站光学布置24以及基站光接收器9。远程站4主要包括远程站低功率激光源12、包括第三设备28和第四设备29的设备的远程站光学布置25、第一远程站光接收器13以及第二远程站光接收器14。
基站3处的大功率激光源5产生具有特定波长的第一激光束6。该第一激光束6通过第一设备26和第二设备27，然后被基站光接口11耦合到光波导2中。然后，该第一激光束6传输通过光波导2，并且在通过第三设备28和第四设备29之后，被远程站光接口15引导到第一远程站光接收器13。第三设备28和第四设备29是设备的远程站光学布置25的一部分。
远程站光接收器13的示例是PPC-6E，其是光伏功率转换器(PPC，photo voltaicpower converter)。其在波长808nm或者940nm处工作。PPC将从第一激光束6接收到的能量转换为电能。使用PPC-6E，大约可以产生6V以及最多500mW的能量。该电能可以用于先前提及的各种应用。
基站3处的基站低功率激光源7产生第二波长的第二激光束8。该第二激光束8从第二设备27得到反射，然后被基站光接口11耦合到光波导2中。然后，该第二激光束8传输通过光波导2，并且在从第三设备28反射之后，被远程站光接口15引导到第二远程站光接收器14。基站低功率激光源7的示例工作波长是1310nm。
样本基站低功率激光源7的一些特征是，其是具有多量子阱(MQW，Multi-Quantum-Well)结构的无冷却的激光二极管，其在5mW CW处在-40℃至+85℃之间的温度下工作，因此其可以在不进行主动冷却的情况下在高温下工作，其是气密密封的有源部件，其具有内置的InGaAs监视光电二极管，兼容于具有平窗盖或球形透镜盖的Telcordia(Bellcore)GR-468-CORE和TO-18封装。第二远程站光接收器14的示例在1310nm的波长处工作的高速InGaAs检测器。该检测器具有高响应性、高电带宽、快速响应时间、高可靠性/气密封装，并且具有直径为300μm的有源区域。
远程站4处的远程站低功率激光源12产生具有第三波长的第三激光束10。该第三激光束10从第四设备29反射，其通过第三设备28，然后被远程站光接口15耦合到光波导2中。然后，该第三激光束10传输通过光波导2，并且在通过第二设备27并且从第一设备26反射之后，被基站光接口11引导到基站光接收器9。远程站低功率激光源12的示例工作波长是850nm。
第二远程站光接收器14的示例是在850nm处工作的光电二极管，例如具有低噪声互阻放大器的GaAs光电检测器。该光电二极管具有250μm的大的有源区域、高带宽或者宽动态范围，其被气密密封在TO-46罐中，以单个3.3V至5V的电源工作，并且提供差分输出。
在850nm处工作的远程站4处的远程站低功率激光源12的示例是单模垂直腔面发射激光(VCSEL，Vertical Cavity Surface Emitting Laser)发射器。VCSEL发射器的一些特征是，其以单模&单偏振工作，其提供理想的圆形高斯束，具有稳定的偏振，具有TO-46平窗盖，并且具有内置的静电放电(ESD)保护结构。
用于进行数据传输的光接收器9、14和发送器7、12在不同的波长处工作。在可用光分量的整个范围内，基本上几个组合是可以的。通常，例如从650nm开始直到1550nm的所有波长都是可以的。这也适用于对于不同的波长可使用的大功率激光源5和第一远程站光接收器13。
图1示出了设备的集成版本。该集成版本具有包括基站低功率激光源7、基站光接收器9、基站光接口11和大功率激光源5的基站壳体17。该基站壳体17还可以形成基站三重模块18。有连接到大功率激光源5的热沉16，用于从大功率激光源5散热。热沉16被容纳在基站三重模块18或者基站壳体17内部。
在该版本的基站三重模块18中，对应的远程站4也具有集成结构，其中，远程站低功率激光源12、远程站光接口15、第一远程站光接收器13和第二远程站光接收器14布置在远程站壳体20内部。该远程站壳体20也可以形成远程站三重模块21。
因此，图1示出了主要由大功率激光源5并且主要由第一远程站光接收器13或光伏功率转换器(PPC)分别形成基站三重模块18和远程站三重模块21的一部分的实施例。
与现有技术的双重模块相比，该集成版本的基站三重模块18设计需要更大的壳体用于基站壳体17，因为大功率激光源5的功率消耗将对基站三重模块18进行加热，从而必须考虑合适的热沉16设计。
与基站三重模块18相比，远程站三重模块21仅具有低功率消耗，因为第一远程站光接收器13或者PPC仅提供很少、例如大约100mW的电能。其不需要任何热沉，而使得远程站三重模块21和其壳体20必须被加大，与现有技术的双重模块相比，刚刚足以保持附加的第一远程站光接收器13或者PPC。
现在参考图2，其示出了用于在基站3和远程站4之间通过光波导2同时进行数据和功率传输的设备的另一个实施例，其中，大功率激光源5和第一远程站光接收器13分别经由具有波导19、23的永久链路连接到基站和远程站。大功率激光源5和第一远程站光接收器13作为单独的单元制造。
在基站3处，基站低功率激光源7、基站光接口11和基站光接收器9一起形成布置在基站壳体17内部的基站三重模块18。该基站三重模块18经由具有波导19的第一永久链路连接到大功率激光源5。该波导19可以是光纤尾纤、单个短的光纤。该波导19或者光纤尾纤将第一激光束6从大功率激光源5馈送到基站三重模块18中。
类似地，对于远程站，远程站低功率激光源12、远程站光接口15和第二远程站光接收器14一起形成布置在远程站壳体20内部的远程站三重模块21。该远程站三重模块21经由带有波导23的第二永久链路连接到第一远程站光接收器13。该波导23可以是光纤尾纤、单个短的光纤。该波导23或者光纤尾纤将第一激光束6从远程站三重模块21馈送到第一远程站光接收器13中。
作为单独的单元制造大功率激光源5和第一远程站光接收器13并且分别经由尾纤光纤连接到基站三重模块18和远程站三重模块21的这种机械设计，与如图1所示的集成版本相比更容易实现。与图1的集成版本相比，基站壳体17和远程站壳体20更紧凑，因为由于连接到大功率激光源5的热沉16的尺寸，集成版本的基站三重模块18将变得更大。
还可以想象使用混合设计。例如，将图2的“尾纤版本”用于基站3，而将图1的“集成版本”用于远程站4，或者相反。
现在参考图3，示出了描绘在通过连接基站3和远程站4的光波导2同时进行数据和功率传输的方法100的流程图。该流程图示出了由基站3处的大功率激光源5产生具有第一波长的第一激光束6的步骤101、由基站3处的基站低功率激光源7产生具有第二波长的第二激光束8的步骤102、将第一激光束6和第二激光束8耦合到光波导2中的步骤103、将第一激光束6上的功率从基站3经由光波导2传输到远程站4的步骤104、将第二激光束8上的数据从基站3经由光波导2传输到远程站4的步骤105、将第一激光束6引导到第一远程站光接收器13并且将第二激光束8引导到第二远程站光接收器14的步骤106、在第一远程站光接收器13处接收来自基站3的功率的步骤107、在第二远程站光接收器14处接收来自基站3的数据的步骤108、由远程站4处的远程站低功率激光源12产生具有第三波长的第三激光束10的步骤109、将第三激光束10耦合到光波导2中的步骤110、将第三激光束10上的数据从远程站4经由光波导2传输到基站3的步骤111、将第三激光束10从光波导2引导到基站光接收器9的步骤112以及最后在基站光接收器9处接收来自远程站4的数据的步骤113，其中，第一波长、第二波长和第三波长彼此不同。
虽然参考具体实施例描述了本发明，但是该描述不旨在解释为限制的含义。在参考对本发明的描述时，对所公开的实施例的各种变形以及本发明的替换实施例对于本领域技术人员将变得明显。因此，应当理解，可以进行这些变形，而不脱离限定的本发明的实施例。
附图标记列表
1 系统
2 光波导
3 基站
4 远程站
5 大功率激光源
6 第一激光束
7 基站低功率激光源
8 第二激光束
9 基站光接收器
10 第三激光束
11 基站光接口
12 远程站低功率激光源
13 第一远程站光接收器
14 第二远程站光接收器
15 远程站光接口
16 热沉
17 基站壳体
18 基站三重模块
19 带有波导的第一永久链路
20 远程站壳体
21 远程站三重模块
23 带有波导的第二永久链路
24 设备的基站光学布置
25 设备的远程站光学布置
26 第一设备
27 第二设备
28 第三设备
29 第四设备
Claims (13)
1.一种用于在基站(3)和远程站(4)之间通过光波导(2)同时进行数据和功率传输的设备(1)，所述设备(1)包括：
-光波导(2)，用于连接基站(3)和远程站(4)；
-基站(3)，用于发送和接收数据，并且用于通过光波导(2)进行功率传输，其中，基站(3)包括：
○大功率激光源(5)，用于发出第一波长的第一激光束(6)，其中，所述第一激光束(6)用于进行从基站(3)到远程站(4)的功率传输；
○基站低功率激光源(7)，用于发出第二波长的第二激光束(8)，其中，所述第二激光束(8)用于进行从基站(3)到远程站(4)的数据传输；
○基站光接收器(9)，用于接收来自远程站(4)的第三波长的第三激光束(10)，其中，所述第三激光束(10)用于进行从远程站(4)到基站(3)的数据传输，
○基站光接口(11)，用于将所述第一激光束(6)和所述第二激光束(8)同时耦合到光波导(2)中，并且用于将所述第三激光束(10)从光波导(2)引导到所述基站光接收器(9)；
-远程站(4)，用于接收和发送数据，并且用于通过光波导(2)从基站(3)接收功率，其中，远程站(4)包括：
○远程站低功率激光源(12)，用于至少产生所述第三激光束(10)，用于进行从远程站(4)到基站(3)的数据传输；
○第一远程站光接收器(13)，用于接收来自基站(3)的所述第一激光束(6)；
○第二远程站光接收器(14)，用于接收来自基站(3)的所述第二激光束(8)；
○远程站光接口(15)，用于同时将所述第一激光束(6)引导到所述第一远程站光接收器(13)，将所述第二激光束(8)引导到所述第二远程站光接收器(14)，并且用于将所述第三激光束(10)耦合到光波导(2)中；
其中，所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长彼此不同，
其中，所述基站光接口(11)包括设备的基站光学布置(24)，并且所述远程站光接口(15)包括设备的远程站光学布置(25)，其中，每个设备(26,27,28,29)能透过选择性的波长，其中，
-所述设备的基站光学布置(24)包括：
○第一设备(26)，其能透过所述第一激光束(6)并且反射所述第三激光束(10)，其中，所述第一设备(26)布置为，使得将所述第一激光束(6)耦合到光波导(2)中，并且从光波导(2)向所述基站光接收器(9)反射所述第三激光束(10)；
○第二设备(27)，其能透过所述第一激光束(6)和所述第三激光束(10)并且反射所述第二激光束(8)，其中，所述第二设备(27)布置为，使得将所述第一激光束(6)耦合到光波导(2)中，将所述第三激光束(10)通过所述第二设备(27)传向所述第一设备(26)，并且反射所述第二激光束(8)和将其耦合到光波导(2)中；以及
-所述设备的远程站光学布置(25)包括：
○第三设备(28)，其能透过所述第一激光束(6)和所述第三激光束(10)并且反射所述第二激光束(8)，其中，所述第三设备(28)布置为，使得所述第一激光束(6)在通过所述第三设备(28)之后被引导到第四设备(29)，将所述第三激光束(10)耦合到光波导(2)中，并且从光波导(2)向所述第二远程站光接收器(14)反射所述第二激光束(8)；
○所述第四设备(29)，其能透过所述第一激光束并且反射所述第三激光束(10)，其中，所述第四设备(29)布置为，使得将所述第一激光束(6)引导到所述第一远程站光接收器(13)，并且向所述第三设备(28)反射所述第三激光束(10)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述第一远程站光接收器(13)包括光伏功率转换器，用于将从所述第一激光束(6)接收到的功率转换为电能。
3.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述基站光接收器(9)、所述第一远程站光接收器(13)和所述第二远程站光接收器(14)是光电二极管。
4.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述基站低功率激光源(7)和/或用于至少产生所述第三激光束(10)的所述远程站低功率激光源(12)是垂直腔面发射激光器。
5.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述大功率激光源(5)具有连接到其的热沉(16)，用于从所述大功率激光源(5)散热。
6.根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述基站低功率激光源(7)、所述基站光接收器(9)、所述基站光接口(11)和所述大功率激光源(5)布置在基站壳体(17)内部。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备(1)，其中，所述基站低功率激光源(7)、所述基站光接口(11)和所述基站光接收器(9)一起形成布置在基站壳体(17)内部的基站三重模块(18)，并且所述大功率激光源(5)经由用于将所述第一激光束(6)馈送到所述基站三重模块(18)中的、具有波导(19)的第一永久链路，连接到所述基站三重模块(18)。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的设备(1)，其中，所述远程站低功率激光源(12)、所述远程站光接口(15)、所述第一远程站光接收器(13)和所述第二远程站光接收器(14)布置在远程站壳体(20)内部。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的设备(1)，其中，所述远程站低功率激光源(12)、所述远程站光接口(15)和所述第二远程站光接收器(14)一起形成布置在远程站壳体(20)内部的远程站三重模块(21)，并且所述第一远程站光接收器(13)经由用于将所述第一激光束(10)馈送到所述远程站三重模块(21)中的、具有波导(23)的第二永久链路，连接到所述远程站三重模块(21)。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的设备(1)，其中，所述第一波长是808nm或者940nm，所述第二波长是1310nm，并且所述第三波长是850nm。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的设备(1)，其中，所述设备(26,27,28,29)中的每一个是反射镜、过滤器或者透镜。
12.一种通过连接基站(3)和远程站(4)的光波导(2)同时进行数据和功率传输的方法(100)，所述方法(100)包括如下步骤：
提供具有带有设备的基站光学布置的光接口的基站，和提供具有带有设备的远程站光学布置的光接口的远程站，每个设备能够透过选择性的波长；
-由基站(3)处的大功率激光源(5)产生(101)具有第一波长的第一激光束(6)；
-由基站(3)处的基站低功率激光源(7)产生(102)具有第二波长的第二激光束(8)；
-将第一激光束(6)和第二激光束(8)耦合(103)到光波导(2)中；
-将第一激光束(6)上的功率(104)从基站(3)经由光波导(2)传输到远程站(4)；
-将第二激光束(8)上的数据(105)从基站(3)经由光波导(2)传输到远程站(4)；
-将第一激光束(6)引导(106)到第一远程站光接收器(13)并且将第二激光束(8)引导到第二远程站光接收器(14)；
-在第一远程站光接收器(13)处接收来自基站(3)的功率(107)；
-在第二远程站光接收器(14)处接收来自基站(3)的数据(108)；
-由远程站(4)处的远程站低功率激光源(12)产生(109)具有第三波长的第三激光束(10)；
-将第三激光束(10)耦合(110)到光波导(2)中；
-将第三激光束(10)上的数据(111)从远程站(4)经由光波导(2)传输到基站(3)；
-将第三激光束(10)从光波导(2)引导(112)到基站光接收器(9)；
-在基站光接收器(9)处接收来自远程站(4)的数据(113)；
其中，所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长彼此不同，
-其中，所述设备的基站光学布置(24)包括：
○第一设备(26)，其能透过所述第一激光束(6)并且反射所述第三激光束(10)，其中，所述第一设备(26)布置为，使得将所述第一激光束(6)耦合到光波导(2)中，并且从光波导(2)向所述基站光接收器(9)反射所述第三激光束(10)；
○第二设备(27)，其能透过所述第一激光束(6)和所述第三激光束(10)并且反射所述第二激光束(8)，其中，所述第二设备(27)布置为，使得将所述第一激光束(6)耦合到光波导(2)中，将所述第三激光束(10)通过所述第二设备(27)传向所述第一设备(26)，并且反射所述第二激光束(8)和将其耦合到光波导(2)中；以及
-所述设备的远程站光学布置(25)包括：
○第三设备(28)，其能透过所述第一激光束(6)和所述第三激光束(10)并且反射所述第二激光束(8)，其中，所述第三设备(28)布置为，使得所述第一激光束(6)在通过所述第三设备(28)之后被引导到第四设备(29)，将所述第三激光束(10)耦合到光波导(2)中，并且从光波导(2)向所述第二远程站光接收器(14)反射所述第二激光束(8)；
○所述第四设备(29)，其能透过所述第一激光束并且反射所述第三激光束(10)，其中，所述第四设备(29)布置为，使得将所述第一激光束(6)引导到所述第一远程站光接收器(13)，并且向所述第三设备(28)反射所述第三激光束(10)。
13.根据权利要求12所述的方法(100)，其中，将第一激光束(6)上的功率(104)从基站(3)经由光波导(2)传输到远程站(4)的步骤，将第二激光束(8)上的数据(105)从基站(3)经由光波导(2)传输到远程站(4)的步骤，以及将第三激光束(10)上的数据(111)从远程站(4)经由光波导(2)传输到基站(3)的步骤同时进行。
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