CN112311474A - 光纤供电系统以及光纤供电系统的供电侧数据通信装置 - Google Patents

Abstract

防止高输出的供电光释放到外部。一种光纤供电系统，具备：供电装置，包括通过电力进行激光振荡而输出供电光的半导体激光器；以及受电装置，包括将供电光变换为电力的光电变换元件，所述光纤供电系统具备：第1数据通信装置，包括供电装置；第2数据通信装置，与第1数据通信装置进行光通信，包括受电装置；以及光纤电缆。第1数据通信装置(100)的控制装置(150)能够控制基于供电装置的低输出供电和超出基于该低输出供电的供电电力的高输出供电，通过向第2数据通信装置(300)的低输出供电使第2数据通信装置起动，以从第2数据通信装置接受规定的光(响应信号等)为条件，控制为能够进行高输出供电，在该条件的未成立的情况下，控制为不能进行高输出供电。

Description

光纤供电系统以及光纤供电系统的供电侧数据通信装置

技术领域

本公开涉及光供电。

背景技术

最近，研究了将电力变换为光(被称为供电光)并传输，将该供电光变换为电能来作为电力利用的光供电系统。

在专利文献1中记载有光通信装置，该光通信装置具备：光发射机，发射由电信号调制后的信号光、以及用于供给电力的供电光；光纤，具有：第1包层，传输上述信号光的芯，形成于上述芯的周围且折射率比上述芯小并传输上述供电光；以及第2包层，形成于上述第1包层的周围且折射率比上述第1包层小；以及光接收机，对由上述光纤的第1包层传输的上述供电光进行变换后的电力进行动作，将由上述光纤的芯传输的上述信号光变换为上述电信号。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-135989号公报

发明内容

在光供电中，预见进行更高能量的光传输。

在从供电侧向受电侧的供电光的传输路未正常连接的情况下，若从供电装置输出高输出的供电光，则该供电光被释放到外部，有可能对人、物照射高输出的供电光。

本公开的一个方式是具备如下构件的光纤供电系统，具备：供电装置，包括通过电力进行激光振荡而输出供电光的半导体激光器；以及受电装置，包括将基于所述供电装置的供电光变换为电力的光电变换元件，所述光纤供电系统具备：第1数据通信装置，包括所述供电装置；第2数据通信装置，与所述第1数据通信装置进行光通信，包括所述受电装置；以及光纤电缆，一端能够与所述第1数据通信装置连接，另一端能够与所述第2数据通信装置连接，传输所述供电光以及信号光，由所述光电变换元件变换过的电力被设为设置于所述第2数据通信装置的发射部以及接收部的驱动电力，所述第1数据通信装置能够控制基于所述供电装置的低输出供电和超出基于该低输出供电的供电电力的高输出供电，通过向所述第2数据通信装置的所述低输出供电使所述第2数据通信装置起动，从所述第2数据通信装置接受规定的光之后，控制为能够进行所述高输出供电，在接受该规定的光之前，限制控制为不能进行所述高输出供电。

根据本公开的一个方式的光纤供电系统，能够防止将高输出的供电光向外部释放。

附图说明

图1是本公开的第1实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。

图2是本公开的第2实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。

图3是本公开的第2实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图，图示了光连接器等。

图4是本公开的另一实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。

图5是与图3同样的光纤供电系统的结构图，图示了控制装置。

图6是表示连接建立和供电光的控制的流程的流程图。

图7是表示与图6的流程对应的供电电力的变迁的图表。

图8是附记了确认信号以及响应信号的例子的受电侧通信部的结构图。

图9是附记了确认信号以及响应信号的例子的受电侧通信部的结构图，表示省略了控制装置的情况。

符号说明

1A 光纤供电系统(光供电系统)

1 光纤供电系统(光供电系统)

1B 光纤供电系统(光供电系统)

100 第1数据通信装置

110 供电装置

111 供电用半导体激光器

112 供电光

120 发射部

125 信号光

130 接收部

140 光输入输出部

141 光连接器

150 控制装置

200A 光纤电缆

200 光纤电缆

200B 光纤电缆

210 芯

220 包层

250A 光纤

250 光纤

260 光纤

270 光纤

300 第2数据通信装置

310 受电装置

311 光电变换元件

320 发射部

325 信号光

330 接收部

350 光输入输出部

351 光连接器

360 控制装置

401 可视光

410 盖构件

411 波长变换材料

420 盖构件

421 波长变换材料。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一个实施方式进行说明。

(1)系统概要

〔第1实施方式〕

如图1所示，本实施方式的光纤供电(PoF：Power over Fiber)系统1A具备供电装置(PSE：Power Sourcing Equipment)110、光纤电缆200A以及受电装置(PD：PoweredDevice)310。

另外，本公开中的供电装置是将电力变换为光能来进行供给的装置，受电装置是接受光能的供给并将该光能变换为电力的装置。

供电装置110包括供电用半导体激光器111。

光纤电缆200A包括形成供电光的传输路的光纤250A。

受电装置310包括光电变换元件311。

供电装置110与电源连接，对供电用半导体激光器111等进行电驱动。

供电用半导体激光器111通过来自上述电源的电力进行激光振荡而输出供电光112。

光纤电缆200A的一端201A能够与供电装置110连接，另一端202A能够与受电装置310连接，传输供电光112。

来自供电装置110的供电光112被输入到光纤电缆200A的一端201A，供电光112在光纤250A中传播，从另一端202A向受电装置310输出。

光电变换元件311将通过光纤电缆200A传输来的供电光112变换为电力。由光电变换元件311变换的电力在受电装置310内具有所需的驱动电力。进而，受电装置310能够将由光电变换元件311变换的电力输出到外部设备用。

构成发挥供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的光-电间的变换效果的半导体区域的半导体材料为具有500nm以下的短波长的激光波长的半导体。

具有短波长的激光波长的半导体的带隙大、光电变换效率高，因此，光供电的发电侧以及受电侧的光电变换效率提高，光供电效率提高。

因此，作为该半导体材料，例如，也可以使用金刚石、氧化镓、氮化铝、GaN等激光波长(基本波)为200～500nm的激光介质的半导体材料。

此外，作为该半导体材料，应用具有2.4eV以上的带隙的半导体。

例如，也可以使用金刚石、氧化镓、氮化铝、GaN等带隙为2.4～6.2eV的激光介质的半导体材料。

另外，激光越是长波长传输效率越好，越是短波长，则存在光电变换效率越好的倾向。因此，在长距离传输的情况下，也可以使用激光波长(基本波)大于500nm的激光介质的半导体材料。此外，在使光电变换效率优先的情况下，也可以使用激光波长(基本波)比200nm小的激光介质的半导体材料。

这些半导体材料电可以应用于供电用半导体激光器111以及光电变换元件311中的任一方。提高了供电侧或者受电侧的光电变换效率，提高了光供电效率。

〔第2实施方式〕

如图2所示，本实施方式的光纤供电(PoF：Power over Fiber)系统1具备：包括经由光纤的供电系统和光通信系统、包括供电装置(PSE：Power Sourcing Equipment)110的第1数据通信装置100(供电侧数据通信装置)、光纤电缆200、以及包括受电装置(PD：Powered Device)310的第2数据通信装置300。

供电装置110包括供电用半导体激光器111。第1数据通信装置100除了供电装置110之外，还包括进行数据通信的发射部120和接收部130。第1数据通信装置100相当于数据终端装置(DTE(Data Terminal Equipment))、中继器(Repeater)等。发射部120包括信号用半导体激光器121和调制器122。接收部130包括信号用光电二极管131。

光纤电缆200包括形成信号光的传输路的芯210和配置于芯210的外周且具有形成供电光的传输路的包层220的光纤250。

受电装置310包括光电变换元件311。第2数据通信装置300除了包括受电装置310之外，还包括发射部320、接收部330以及数据处理单元340。第2数据通信装置300相当于电源端站(Power End Station)等。发射部320包括信号用半导体激光器321和调制器322。接收部330包括信号用光电二极管331。数据处理单元340是对接收到的信号进行处理的单元。此外，第2数据通信装置300是通信网络中的节点。或者，第2数据通信装置300也可以是与其他节点进行通信的节点。

第1数据通信装置100与电源连接，供电用半导体激光器111、信号用半导体激光器121、调制器122、信号用光电二极管131等被电驱动。此外，第1数据通信装置100是通信网络中的节点。或者，第1数据通信装置100也可以是与其他节点进行通信的节点。

供电用半导体激光器111通过来自上述电源的电力进行激光振荡而输出供电光112。

光电变换元件311将通过光纤电缆200传输来的供电光112变换为电力。由光电变换元件311变换的电力为发射部320、接收部330以及数据处理单元340的驱动电力、其他的第2数据通信装置300内所需的驱动电力。进而，第2数据通信装置300也可以将由光电变换元件311变换的电力输出到外部设备用。

另一方面，发射部120的调制器122基于发送数据124对来自信号用半导体激光器121的激光123进行调制并作为信号光125输出。

接收部330的信号用光电二极管331将通过光纤电缆200传输来的信号光125解调为电信号，并输出到数据处理单元340。数据处理单元340将基于该电信号的数据发送到节点，另一方面从该节点接收数据，并作为发送数据324输出到调制器322。

发射部320的调制器322基于发送数据324对来自信号用半导体激光器321的激光323进行调制，并作为信号光325输出。

接收部130的信号用光电二极管131将通过光纤电缆200传输来的信号光325解调为电信号并输出。基于该电信号的数据被发送至节点，另一方面，从该节点将数据作为发送数据124。

来自第1数据通信装置100的供电光112以及信号光125被输入到光纤电缆200的一端201，供电光112在包层220中传播，信号光125在芯210中传播，从另一端202输出到第2数据通信装置300。

来自第2数据通信装置300的信号光325被输入到光纤电缆200的另一端202，在芯210中传播，从一端201输出到第1数据通信装置100。

另外，如图3所示，在第1数据通信装置100中设置有光输入输出部140和附设在该光输入输出部140的光连接器141。此外，在第2数据通信装置300中设置有光输入输出部350和附设在该光输入输出部350的光连接器351。设置于光纤电缆200的一端201的光连接器230与光连接器141连接。设置于光纤电缆200的另一端202的光连接器240与光连接器351连接。光输入输出部140将供电光112向包层220导光，将信号光125向芯210导光，将信号光325向接收部130导光。光输入输出部350将供电光112向受电装置310导光，将信号光125向接收部330导光，将信号光325向芯210导光。

如上所述，光纤电缆200的一端201能够与第1数据通信装置100连接，另一端202能够与第2数据通信装置300连接，传输供电光112。进而，在本实施方式中，光纤电缆200对信号光125、325进行双向传输。

作为构成发挥供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的光-电间的变换效果的半导体区域的半导体材料，应用与上述第1实施方式同样的材料，实现高的光供电效率。

另外，如图4所示的光纤供电系统1B的光纤电缆200B那样，也可以分别设置传输信号光的光纤260和传输供电光的光纤270。光纤电缆200B也可以由多根构成。

(2)关于连接建立和供电光的控制

接下来，关于连接建立和供电光的控制，在图2的基础上，参照图5至图9进行说明。

在作为上述第2实施方式说明的光纤供电系统1(图2以及图3所示的结构)中，如图5所示，第1数据通信装置100具备控制装置150，第2数据通信装置300具备控制装置360。控制装置360可以与上述数据处理单元340作为硬件相同。另外，控制装置360也由通过光电变换元件311变换的电力驱动。

第1数据通信装置100的控制装置150能够控制基于供电装置110的低输出供电和超出基于该低输出供电的供电能量的高输出供电。

参照图6的流程图进行说明。图7表示与以下的各步骤S1-S5对应的供电电力。

首先，第1数据通信装置100根据对第1数据通信装置100的输入操作信号等，开始基于供电光的送出的供电(步骤S1)。该步骤S1的供电为低输出供电。

第2数据通信装置300接受低输出供电而通过受电装置310得到电力，通过该电力起动。即，开始第2数据通信装置300的发射部320、接收部330、控制装置360的驱动。

当第2数据通信装置300起动时，将起动光送出到信号光的传输路(步骤S2)。在此，起动光是与起动连动地发光的光，例如，是信号用半导体激光器321发光的光，相当于无调制的连续光(来自信号用半导体激光器321的激光323本身)。在调制器322不基于发送数据324进行调制时，能够通过设为始终激光323通过光纤250侧的结构来实施。

第1数据通信装置100的控制装置150在低输出供电开始后，经由信号用光电二极管131接受、检测步骤S2的起动光之后，通过信号光发射规定的确认信号(例如，连接确认的请求)(步骤S3)。

第2数据通信装置300的控制装置360在接收到步骤S3的确认信号后，通过信号光发射与该确认信号相应的响应信号(步骤S4)。

响应信号是根据通信协议对接收到的确认信号实施了规定的运算而得到的信号。如果通信协议规定为“返回相同信号”，则如图8所示，作为信号光325的响应信号G2与作为信号光125的确认信号G1相同。

第1数据通信装置100的控制装置150将接收到步骤S4的响应信号的信号光作为必要条件，控制为能够进行基于供电装置110的高输出供电。在此，开始高输出供电(步骤S5)。高输出供电的开始也可以根据来自第2数据通信装置300的请求。控制装置150在接收响应信号的信号光之前，限制控制为不能进行供电装置110的高输出供电。

因此，只要不建立通信连接，就不会开始基于供电装置110的高输出供电，例如，即使在光连接器240为非连接的情况下，也不会开始基于供电装置110的高输出供电，能够防止将高输出的供电光释放到外部。此外，如果在规定时间中未能接收到对步骤S3的响应信号，则也可以停止低输出供电。

另外，控制装置360成为数字处理装置，如图9所示，也可以将信号用光电二极管331所变换的确认信号G1的电信号输入到调制器322而在模拟电路中完成回送，并省略控制装置360而实施。

在省略控制装置360的情况下，低输出供电的供电电力能够作为将发射部320以及接收部330限制为低至能够驱动的最低限度的电力的电力来实施。在应用控制装置360的情况下，低输出供电的供电电力能够作为被限制为低至能够驱动发射部320、接收部330以及控制装置360的最低限度的电力的电力来实施。

另一方面，高输出供电是超出基于低输出供电的供电电力的电力，能够在超出基于低输出供电的供电电力且至供电装置110的最高输出为止的范围内实施。高输出供电不一定是指供电装置110的最高输出。

在低输出供电以及高输出供电中，也可以使供电光为脉冲发光，以PWM(PulseWidth Modulation：脉冲宽度调制)方式控制供电电力。

也可以将低输出供电中的供电光的光强度最高值设定得比高输出供电中的供电光的光强度最高值低。这是为了使在低输出供电中瞬间照射的供电光的光强度比高输出供电时低而确保安全性。

此外，也可以使低输出供电中的供电光的光强度最高值与高输出供电中的供电光的光强度最高值相等来实施，在该情况下，通过降低低输出供电中的占空比、使脉冲频率高到一定程度，也能够降低每单位时间的照射量而确保一定的安全性。

此外，也可以将供电光设为脉冲发光而不是连续发光，将低输出供电中的供电光的光强度值设定为比高输出供电中的供电光的光强度值低来实施。

如上所述，第1数据通信装置100通过向第2数据通信装置300的低输出供电使第2数据通信装置300起动，在从第2数据通信装置300接受到规定的光之后，控制为能够进行高输出供电，在接受该规定的光之前控制为不能进行高输出供电限制。

在上述实施方式中，将规定的光作为响应信号G2的信号光。

以上说明了本公开的实施方式，但该实施方式是作为例子而示出的，能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行结构要素的省略、置换、变更。

在上述(2)中，将决定可否高输出供电的规定的光作为响应信号G2，但也可以将该规定的光作为上述的起动光。这是因为，在该情况下，与从低电力供电驱动下的受电侧不取得任何反应光，先开始高电力供电的情况相比，安全性提高。此外，在这样的情况、上述(2)的实施方式中，起动光也可以通过控制装置360的控制而被调制，并根据通信协议来输送表示已起动的代码。

Claims (5)

1.一种光纤供电系统，具备：供电装置，包括通过电力进行激光振荡而输出供电光的半导体激光器；以及受电装置，包括将基于所述供电装置的供电光变换为电力的光电变换元件，所述光纤供电系统具备：

第1数据通信装置，包括所述供电装置；

第2数据通信装置，与所述第1数据通信装置进行光通信，包括所述受电装置；以及

光纤电缆，一端能够与所述第1数据通信装置连接，另一端能够与所述第2数据通信装置连接，传输所述供电光以及信号光，

由所述光电变换元件变换过的电力被设为所述第2数据通信装置的驱动电力，

所述第1数据通信装置能够控制基于所述供电装置的低输出供电和超出基于该低输出供电的供电电力的高输出供电，通过向所述第2数据通信装置的所述低输出供电使所述第2数据通信装置起动，从所述第2数据通信装置接受规定的光之后，控制为能够进行所述高输出供电，在接受该规定的光之前，限制控制为不能进行所述高输出供电。

2.根据权利要求1所述的光纤供电系统，其中，

所述第1数据通信装置在所述低输出供电的开始后，通过信号光发射规定的确认信号，

所述第2数据通信装置通过信号光发射与所述规定的确认信号相应的响应信号，

所述第1数据通信装置使所述响应信号的信号光作为所述规定的光进行动作。

3.根据权利要求1或2所述的光纤供电系统，其中，

构成发挥所述半导体激光器的光-电间的变换效果的半导体区域的半导体材料被设为激光波长500nm以下的激光介质。

4.一种光纤供电系统的供电侧数据通信装置，包括光纤供电系统的供电装置，

所述供电装置包括通过电力进行激光振荡并输出供电光的半导体激光器，

该供电侧数据通信装置能够控制基于所述供电装置的低输出供电和超出基于该低输出供电的供电能量的高输出供电，通过向连接对象的数据通信装置的所述低输出供电使该连接对象的数据通信装置起动，从该连接对象的数据通信装置接受规定的光之后，控制为能够进行所述高输出供电，在接受该规定的光之前，限制控制为不能进行所述高输出供电。

5.根据权利要求4所述的光纤供电系统的供电侧数据通信装置，其中，

构成发挥所述半导体激光器的光-电间的变换效果的半导体区域的半导体材料被设为激光波长500nm以下的激光介质。

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