CN111327361A

CN111327361A - 异波长激光信号与能量双传输系统

Info

Publication number: CN111327361A
Application number: CN202010057332.9A
Authority: CN
Inventors: 刘建国; 邹灿文; 李金野; 郭锦锦
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-06-23

Abstract

本公开提供了一种异波长激光信号与能量双传输系统，包括：第一传输路径、第二传输路径、复用器、解复用器、探测器、扩束器和光电转换器；第一传输路径用于信号光的产生、调制、处理和传输；第二传输路径用于能量光的产生、调制、处理和传输；复用器接收信号光和能量光并进行耦合；解复用器与复用器通过传输光纤相连；解复用器将耦合后的信号光和能量光进行分束；探测器探测信号光并读取信号；扩束器对光信号进行扩束；光电转换器用于将光能转换成电能，并驱动探测器。本公开基于双包层传输光纤的利用两束激光进行信号与能量同时传输的系统，实现接收端能量的自给自足，使在电能传输不便的场合进行长时间探测活动成为可能。

Description

异波长激光信号与能量双传输系统

技术领域

本公开涉及通信及光电转换领域，尤其涉及一种异波长激光信号与能量双传输系统。

背景技术

光纤通信技术在近年来取得了显著地成果。不同波段激光器的制造技术的发展，显著提高了传输光的功率和光束质量，使得激光在光通信系统中除了用于通信外，还可以为其他系统提供能量。

激光传能是指利用激光的高能量、高光密度等特点，利用光电转换设备将激光光能转换为电能加以利用的过程。在海底、山区、低空甚至太空等电能传输不便的场合，有着广泛的应用前景。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种异波长激光信号与能量双传输系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种异波长激光信号与能量双传输系统，包括：

第一传输路径，用于信号光的产生、调制、处理和传输；

第二传输路径，用于能量光的产生、调制、处理和传输；

复用器，接收所述第一传输路径传输的信号光和所述第二传输路径传输的能量光，所述复用器将信号光和能量光进行耦合；

解复用器，与所述复用器通过传输光纤相连；所述解复用器将耦合后的信号光和能量光进行分束，分别进入信号信道和能量信道；

探测器，探测进入信号信道的光信号，并读取信号；

扩束器，接收进入能量信道的光信号，并对光信号进行扩束；

光电转换器，接收通过所述扩束器扩束后的光信号，所述光电转换器用于将光能转换成电能，并驱动所述探测器。

在本公开的一些实施例中，所述第一传输路径包括：

第一激光器，用于产生信号光；

调制器，对所述第一激光器产生的光信号进行调制；

第一隔离器，接收所述调制器调制后的光信号，用于防止反射光反向传输。

在本公开的一些实施例中，所述第二传输路径包括：

第二激光器，用于产生信号光；

第二隔离器，接收所述第二激光器产生的光信号，用于防止反射光反向传输。

在本公开的一些实施例中，所述第一激光器为半导体激光器，其发射波长为1525～1560nm；所述调制器为强度调制器；所述第一隔离器的工作波段为1525～1560nm。

在本公开的一些实施例中，所述第二激光器为大功率半导体激光器，其发射波长为900～1000nm，输出功率为10w；所述第二隔离器的工作波段为900～1000nm。

在本公开的一些实施例中，复用器为双色性波长选择耦合器，解复用器为双色性波长选择耦合器。

在本公开的一些实施例中，所述传输光纤包括纤芯和包层，所述包层套设于所述纤芯外，所述光信号在所述纤芯中传输，所述能量信号在所述包层中传输；所述传输光纤的损光率为0.18～0.20dB/km。

在本公开的一些实施例中，所述探测器的相应波段为1525～1560nm。

在本公开的一些实施例中，所述扩束器对光信号进行扩束后的光束面积为50～100μm²。

在本公开的一些实施例中，所述光电转换器的相应波段为900～1000nm，所述光电转换器的光电转换效率为30％～50％，所述光电转换器的接受面面积为50～100μm²。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开异波长激光信号与能量双传输系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

本公开基于双包层传输光纤的利用两束激光进行信号与能量同时传输的系统，实现接收端能量的自给自足，使在电能传输不便的场合进行长时间探测活动成为可能。

附图说明

图1为本公开实施例异波长激光信号与能量双传输系统的结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-第一激光器；

2-调制器；

3-第一隔离器；

4-第二激光器；

5-第二隔离器；

6-复用器；

7-传输光纤；

8-解复用器；

9-探测器；

10-扩束器；

11-光电转换器。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种异波长激光信号与能量双传输系统。图1为本公开实施例异波长激光信号与能量双传输系统的结构示意图。如图1所示，本公开异波长激光信号与能量双传输系统包括：第一传输路径、第二传输路径、复用器6、解复用器8、探测器9、扩束器10和光电转换器11。

以下分别对本实施例异波长激光信号与能量双传输系统的各个组成部分进行详细描述。

第一传输路径，用于信号光的产生、调制、处理和传输。第一传输路径包括：

第一激光器1，用于产生信号光。第一激光器1为半导体激光器，其发射波长为1525～1560nm，优选波长为1550nm。

调制器2，对第一激光器1产生的光信号进行调制。调制器2为强度调制器。

第一隔离器3，接收调制器2调制后的光信号，用于防止反射光反向传输。第一隔离器3的工作波段为1525～1560nm，优选波长为1550nm。

第二传输路径，用于能量光的产生、调制、处理和传输。第二传输路径包括：

第二激光器4，用于产生信号光。第二激光器4为大功率半导体激光器，其发射波长为900～1000nm，优选波长为980nm，输出功率为10w。

第二隔离器5，接收第二激光器4产生的光信号，用于防止反射光反向传输。第二隔离器5的工作波段为900～1000nm，优选波长为980nm。

复用器6，接收第一传输路径传输的信号光和第二传输路径传输的能量光，复用器6将信号光和能量光进行耦合。复用器6可以实现900～1000nm和1525～1560nm波长光的耦合与分开的双色性波长选择耦合器。

解复用器8，与复用器6通过传输光纤7相连；解复用器8将耦合后的信号光和能量光进行分束，分别进入信号信道和能量信道。解复用器8是实现900～1000nm和1525～1560nm波长光的耦合与分开的双色性波长选择耦合器。

传输光纤7，包括纤芯和包层，包层套设于纤芯外，光信号在纤芯中传输，能量信号在包层中传输；传输光纤7的损光率为0.18～0.20dB/km。

探测器9，探测进入信号信道的光信号，并读取信号。探测器9的相应波段为1525～1560nm，优选波段为1500nm。

扩束器10，接收进入能量信道的光信号，并对光信号进行扩束。扩束器10对光信号进行扩束后的光束面积为50～100μm²。

光电转换器11，接收通过扩束器10扩束后的光信号，光电转换器11用于将光能转换成电能，并驱动探测器9。光电转换器11的相应波段为900～1000nm，优选波段为980nm，光电转换器11的光电转换效率为30％～50％，光电转换器11的接受面面积为50～100μm²。

在一个具体实施例中，第一激光器1的工作波长为1550nm，产生信号光，由调制器2加载调制信号，第二激光器4的工作波长为980nm，产生能量光，典型功率值为10w，经复用器6耦合进入传输光纤7，信号光在纤芯中传输，能量光在包层中传输。由于功率较大，在每一路后分别放第一隔离器3和第二隔离器5，以防光纤中由于受激拉曼散射、受激布里渊散射等非线性效应产生的反射光对光源稳定性及信号质量产生影响。光在传输光纤7中传输一段距离后，经解复用器8将不同波长的光分开。1550nm的光进入信号信道，由探测器9接收输出信号；980nm的高能量光进入能量信道，经扩束器10扩束后由光电转换器11接收，将光能转换成电能，驱动接收端工作，实现接收端能量自给自足。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开异波长激光信号与能量双传输系统有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种基于双包层传输光纤的利用两束激光进行信号与能量同时传输的系统，实现接收端能量的自给自足，使在电能传输不便的场合进行长时间探测活动成为可能。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种异波长激光信号与能量双传输系统，包括：

第一传输路径，用于信号光的产生、调制、处理和传输；

第二传输路径，用于能量光的产生、调制、处理和传输；

探测器，探测进入信号信道的光信号，并读取信号；

2.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述第一传输路径包括：

第一激光器，用于产生信号光；

调制器，对所述第一激光器产生的光信号进行调制；

3.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述第二传输路径包括：

第二激光器，用于产生信号光；

4.根据权利要求2所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述第一激光器为半导体激光器，其发射波长为1525～1560nm；所述调制器为强度调制器；所述第一隔离器的工作波段为1525～1560nm。

5.根据权利要求3所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述第二激光器为大功率半导体激光器，其发射波长为900～1000nm，输出功率为10w；所述第二隔离器的工作波段为900～1000nm。

6.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述复用器为双色性波长选择耦合器，所述解复用器为双色性波长选择耦合器。

7.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述传输光纤包括纤芯和包层，所述包层套设于所述纤芯外，所述光信号在所述纤芯中传输，所述能量信号在所述包层中传输；所述传输光纤的损光率为0.18～0.20dB/km。

8.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述探测器的相应波段为1525～1560nm。

9.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述扩束器对光信号进行扩束后的光束面积为50～100μm²。

10.根据权利要求1所述的异波长激光信号与能量双传输系统，其中，所述光电转换器的相应波段为900～1000nm，所述光电转换器的光电转换效率为30％～50％，所述光电转换器的接受面面积为50～100μm²。