CN112514182B - 光功率传输装置 - Google Patents

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Abstract

一种光功率传输装置具备：发光单元，其具备第一光增益产生机构和第一光反射机构；光纤；第二光反射机构；以及受光机构，所述光功率传输装置构成为，所述第二光反射机构配置于比所述光纤靠受光机构侧的位置，通过在所述第一光反射机构与所述第二光反射机构之间将所述第一光增益产生机构与所述光纤光学连接而构成第一激光谐振器，在所述第一激光谐振器产生的第一激光向所述受光机构入射。

Description

光功率传输装置
技术领域
本发明涉及通过光纤传输光功率的光功率传输装置。
背景技术
作为使用光纤的光功率传输的应用例，有光纤供电。光纤供电是使用光纤将从高输出激光光源输出的激光对远程地送电，并在受光单元进行光电转换而将激光的能量转换为电力，从而利用该电力驱动电气设备的技术。光纤供电与以往的使用铜线的供电相比，具有以下很多优点：由于不受电磁感应，因此抗噪声性能强且不会产生噪声；抗雷击的性能高；由于不具有电接点，因此即使在高湿度环境下也能够使用；防爆性强等。这种光功率传输例如也被作为机动车等的内燃机中的点火装置来进行研究(非专利文献1)。
另一方面，在激光从供电路径向外部泄漏而射出的情况下，有可能对人体、周边物体造成损伤。为了避免这种可能，在专利文献1中公开了如下结构：检测光电转换机构的输出电压，在检测出异常的情况下，使停止激光光源的光功率切断机构立即动作。
另外，在专利文献2中也同样公开了如下技术：在受光侧无法接收适当的信号的情况下，从受光侧向发光侧发送包含错误信息的信号光，并根据来自控制部的指示来停止供电用的激光光源的驱动。
另一方面，在不使用光纤的光无线供电技术中，如专利文献3那样公开了如下技术：通过在组合递归镜和增益机构而成的发光单元与组合递归镜和受光机构而成的受光单元之间形成激光谐振器，从而当人体等遮蔽物插入到谐振器光路内时，立即停止激光振荡。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-37105号公报
专利文献2：日本特开2008-193327号公报
专利文献3：美国专利第9705606号说明书
非专利文献
非专利文献1：平等拓范他，“利用巨脉冲微型激光器进行发动机点火的可能性”，J.Plasma Fusion Res.Vol.89，No.4，pp.238，2013
发明内容
发明要解决的课题
然而，如专利文献1、2那样，在光纤供电中，在受光侧检测异常并向发光侧反馈的方法另外需要异常检测机构和用于切断激光光源的动作的电路，存在系统结构变得复杂的情况。另外，在该方法中，由于伴随着异常检测及信号处理等，因此存在如下问题：即使是在本来应该使激光振荡停止的状态下，电不能排除由于进行异常检测、信号处理等的机构的误动作而错误地引起激光振荡的可能性。
相对于此，在专利文献3中记载的光无线供电方式确保了较高的安全性。然而，若发光单元与受光单元的距离远离，则功率传输损失飞跃性地增大，从而不会引起激光振荡。因此，作为实用的功率传输的距离为数米左右。另外，在发光单元与受光单元之间存在障碍物的情况下，由于不能传输光功率，因此作为其设置环境，存在仅限定于视距良好的狭小空间的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种光功率传输装置，该光功率传输装置能够以简单的结构确保高安全性，并且实现向远距离、视距不及的场所的光功率传输。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题并达成目的，本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光功率传输装置具备：发光单元，其具备第一光增益产生机构和第一光反射机构；光纤；第二光反射机构；以及受光机构，所述光功率传输装置构成为，所述第二光反射机构配置于比所述光纤靠受光机构侧的位置，通过在所述第一光反射机构与所述第二光反射机构之间将所述第一光增益产生机构与所述光纤光学连接而构成第一激光谐振器，在所述第一激光谐振器产生的第一激光向所述受光机构入射。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述第二光反射机构与所述受光机构相互固定而构成受光单元。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光功率传输装置具有能量供给机构，该能量供给机构向所述第一光增益产生机构供给能量。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光纤构成为能够相对于所述第二光反射机构解除光学耦合。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光纤在所述受光单元侧具有第一固定部，所述受光单元具有第二固定部，所述第一固定部以能够装卸的方式与第二固定部连接，该第二固定部设置于能够使所述光纤与所述第二光反射机构光学连接的规定位置。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述能量供给机构设定为向所述第一光增益产生机构供给如下范围的值的能量，即，在将所述第一光反射机构、所述光纤以及所述第二光反射机构光学连接的状态下引起所述激光振荡，且在所述光学连接被解除的情况下不引起所述激光振荡。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述第一光增益产生机构是半导体光放大器。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述受光机构是接收从所述第一激光谐振器输出的所述第一激光并将所述第一激光转换为电流的光电转换元件。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光电转换元件包含以硅(Si)为主成分的半导体材料。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光电转换元件包含与砷化镓(GaAs)晶格匹配的半导体材料。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述光电转换元件包含与磷化铟(InP)晶格匹配的半导体材料。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述受光单元具备第二激光谐振器以及配置在所述第二激光谐振器内且通过被供给能量而产生光增益的第二光增益产生机构，所述第二光增益产生机构接收所述第一激光而产生光增益，通过所述第二激光谐振器引起激光振荡，且从所述第二激光谐振器输出由该激光振荡产生的第二激光。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述第二光增益产生机构由包含钇铝石榴石(YAG)的光学材料构成。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述第二光增益产生机构包含与砷化镓(GaAs)晶格匹配的半导体材料。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述第二光增益产生机构包含与磷化铟(InP)晶格匹配的半导体材料。
本发明的一个方式的光功率传输装置的特征在于，所述受光机构是吸收从所述第一激光谐振器输出的所述第一激光，并发出与该第一激光波长不同的光的发光机构。
发明效果
根据本发明，起到如下效果：能够以简单的结构确保高安全性，并且实现向远距离、没有视距的优势的场所的光功率传输。
附图说明
图1是示出实施方式一的光功率传输装置的概要结构的示意图。
图2是说明在图1的光功率传输装置中激光振荡停止的状态的图。
图3是示出用于比较例的光功率传输装置的概要结构的示意图。
图4是示出驱动电流与输出电流的关系的例子的图。
图5是示出驱动电流与输出电流的关系的另一例子的图。
图6是示出实施方式二的光功率传输装置的概要结构的示意图。
图7是示出实施方式三的光功率传输装置的概要结构的示意图。
图8是示出实施方式四的光功率传输装置的概要结构的示意图。
图9是示出实施方式五的光功率传输装置的概要结构的示意图。
图10是示出头灯单元的概要结构的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明不由以下说明的实施方式限定。另外，在附图的记载中，对相同或对应的要素适当标注相同的符号，并适当省略重复的说明。另外，需要注意的是，附图是示意性的，有时各要素的尺寸关系等与实际的尺寸关系等不同。在附图的相互之间，也存在包括相互的尺寸的关系、比例不同的部分的情况。
(实施方式一)
图1是示出实施方式一的光功率传输装置的概要结构的示意图。光功率传输装置100具备发光单元10、光纤20、受光单元30、以及作为能量供给机构的驱动装置40。
发光单元10具备作为第一光增益产生机构的半导体光放大器11、作为第一光反射机构的反射镜12、低反射膜13、透镜14及框体15。
驱动装置40是构成为能够驱动半导体光放大器11的公知的驱动装置。驱动装置40将驱动电流DC1作为能量向半导体光放大器11供给。
在本实施方式中，半导体光放大器11是在砷化镓(GaAs)基板上作为活性层而形成有应变量子阱结构的放大器。应变量子阱结构包含半导体材料即GaInAs作为构成材料。半导体光放大器11中的包括活性层的活性区域的宽度设定为能够进行单模波导的宽度，例如2μm。半导体光放大器11是从晶片解理成光波导方向上的长度为1mm的芯片而单片化的结构。半导体光放大器11通过由驱动装置40供给驱动电流DC1而发光，并且产生光增益。半导体光放大器11以包含980nm作为增益波长频带的方式调整应变量子阱结构的组成等而构成。
反射镜12在半导体光放大器11的光波导方向上形成于一方的解理端面。反射镜12例如为电介质多层膜，且构成为在半导体光放大器11的增益波长频带所包含的980nm下为95％的高反射率。
低反射膜13在半导体光放大器11的光波导方向上，以隔着半导体光放大器11而与反射镜12对置的方式形成于另一方的解理端面。低反射膜13例如为电介质多层膜，且构成为在980nm的波长下为0.1％的极低反射率。
透镜14配置在相对于低反射膜13而与半导体光放大器11相反的一侧。透镜14使在半导体光放大器11产生并经由低反射膜13输出的光与光纤20的一端光学耦合。
框体15是收容半导体光放大器11、反射镜12、低反射膜13及透镜14的框体，例如由金属材料构成。另外，光纤20的一端与框体15连接。
光纤20将发光单元10与受光单元30连接，且在本实施方式中为单模光纤(SMF)。光纤20的与框体15连接的一端被加工成透镜状，并如上所述经由透镜14在形成有低反射膜13的端面侧与半导体光放大器11光学连接。在光纤20的另一端设置有连接器21，连接器21与受光单元30连接。连接器21由公知的箍圈、光连接器构成。需要说明的是，对光纤20的设置有连接器21的另一端实施研磨处理，以使得反射衰减量为30dB以上(即反射率为0.1％以下)。连接器21与光纤20在受光单元30侧所具有的第一固定部对应。
受光单元30具备框体31、作为第二光反射机构的反射镜32、以及受光模块33。
框体31是收容反射镜32和受光模块33的框体，例如由金属材料构成。另外，在框体31设置有能够供连接器21连接的连接器连接部31a。通过将连接器21与连接器连接部31a连接，从而光纤20与受光单元30连接。连接器21可以以可装卸的方式连接于连接器连接部31a，也可以粘接于连接器连接部31a。
反射镜32配置在连接器连接部31a的附近。具体而言，反射镜32配置成在将连接器21连接于连接器连接部31a的状态下，其反射面以近距离、例如几乎接触的程度的近距离与光纤20的另一端对置。由此，光纤20与反射镜32光学连接。因此，连接器连接部31a与设置于能够将光纤20与反射镜32光学连接的规定位置(在本实施方式中为受光单元30)的第二固定部对应。并且，作为第一固定部的连接器21与作为第二固定部的连接器连接部31a连接。需要说明的是，反射镜32例如是形成有电介质多层膜的光学板(玻璃板等)，并构成为在980nm的波长下使大部分光透过且反射率为5％。
受光模块33具备受光元件33a和输出端子33b。受光元件33a是将接收的光转换为与其受光功率对应的量的电流并输出的光电转换元件，例如是光电二极管。优选在受光元件33a的受光面形成有低反射膜。输出端子33b是与受光元件33a电连接且用于取出电流的端子。在本实施方式中，受光元件33a为包含以硅(Si)为主成分的半导体材料的元件，例如包含Si的元件。以Si为主成分的半导体材料是指Si的组成比高于50％的半导体材料，例如Si的组成比为99％以上且其他杂质的组成比为1％以下的半导体材料。Si对于980nm等1000nm附近波长的光的受光灵敏度高且廉价。
在此，反射镜12、光纤20及反射镜32依此顺序进行光学连接，由此在980nm的波长下构成作为第一激光谐振器的激光谐振器LC1。并且，半导体光放大器11配置在激光谐振器LC1内。
对光功率传输装置100的动作进行说明。首先，驱动装置40向半导体光放大器11供给驱动电流DC1。于是，半导体光放大器11发出其增益频带内的波长的光，并且产生光增益。于是，在半导体光放大器11产生光增益的状态下，通过激光谐振器LC1引起激光振荡，由该激光振荡产生的作为第一激光的激光L1在受光单元30内从激光谐振器LC1输出。具体而言，激光L1在受光单元30内从构成激光谐振器LC1的一端的反射镜32输出。即，光功率传输装置100构成为，在激光谐振器LC1产生的激光L1在受光单元30内从激光谐振器LC1输出。其结果是，将由激光振荡产生的高的光功率作为激光L1经由光纤20从发光单元10向受光单元30传输。在受光模块33中，受光元件33a接收激光L1并进行光电转换，转换而成的电流从输出端子33b输出。
另一方面，如图2所示，当连接器21从连接器连接部31a脱离时，反射镜12、光纤20及反射镜32的光学连接被解除。在该情况下，未构成激光谐振器LC1。其结果是，不引起激光振荡，且从光纤20的连接器21侧输出未进行激光振荡的功率低的光L2。
这样一来，在光功率传输装置100中，在引起由激光谐振器LC1产生的激光振荡的状态下传输高的光功率，在未构成激光谐振器LC1的状态下不引起激光振荡，并输出功率低的光L2。因此，根据光功率传输装置100，若发生连接发光单元10与受光单元30的光纤20的连接器21脱落的情况等异常，则激光振荡自动停止。由此，能够在不具备受光单元的异常检测机构、发光单元的切断机构的情况下，以简单的结构防止激光向外部泄漏，确保高的安全性。另外，由于利用光纤20，因此能够安全地进行在光无线供电中无法实现的向远程地、视距不及的场所的供电、传输功率。
(实施例、比较例)
作为实施例，制作与实施方式一的光功率传输装置100同样结构的光功率传输装置，并向半导体光放大器供给驱动电流并测定出其特性。另外，作为比较例，制作与图3所示的光功率传输装置200同样结构的光功率传输装置，并向半导体光放大器供给驱动电流并测定出其特性。在光功率传输装置200中，将光功率传输装置100的受光单元30置换为从受光单元30移除了反射镜32而构成的受光单元230。
图4是示出驱动电流与受光单元的输出电流的关系的例子的图。在图4中，横轴是向半导体光放大器供给的驱动电流，纵轴是受光单元中的从受光模块输出的输出电流。在实施例中，如线L11所示，若超过电流I1(约50mA)则引起激光振荡，并产生输出电流。并且，在驱动电流为500mA左右的情况下，在受光单元中为200mA左右的输出电流、即若将电压设为0.75V时，则得到150mW左右的电功率。
另一方面，在比较例中，如线L12所示，确认了在驱动电流为500mA左右时，不引起激光振荡且不产生输出电流。这可以被认为，表示了在驱动电流为500mA左右时，若成为光纤的连接器脱落的情况等、未构成激光谐振器的状态，则激光振荡自动停止，不会向外部泄漏。
需要说明的是，当超过电流I2(约650mA)时，在比较例的情况下也引起激光振荡。因此，为了更可靠地确保安全性，优选为，驱动装置被设定而控制驱动电流以供给如下范围的值的电流，即，在进行了规定的光学连接而构成了激光谐振器的状态下引起激光振荡，且在规定的光学连接被解除而未构成激光谐振器的状态下不引起激光振荡。
接下来，图5是示出驱动电流与输出电流的关系的另一例子的图。线L21、L22分别示出相对于如下结构的光功率传输装置的关系，所述光功率传输装置是对上述实施例及比较例各自的光功率传输装置将半导体光放大器从光波导方向上的长度为1mm的芯片置换为3mm的芯片而成。如图5所示，在半导体光放大器的长度为3mm的情况下，不管在何种情况下，驱动电流与输出电流的关系都没有大的差异。即，在驱动电流为100mA以下的状态下，输出电流开始上升，在驱动电流为500mA时，得到约200mA的输出电流。
其原因可以被认为是由于若半导体光放大器长则增益也高，因此即使没有利用受光单元中的反射镜进行反射，也会例如由于半导体光放大器的低反射膜处的反射(例如反射率0.1％)的影响而引起激光振荡。因此，需要构成为，例如适当地设定驱动电流、半导体光放大器的增益，并通过第一激光谐振器引起激光振荡。另外，光纤具有与波长相关的传输损失，其值例如在波长980nm下约为3dB/km。因此，在使用不能忽视传输损失的长度的光纤的情况下，对于激光振荡所需的条件、例如受光单元内的反射镜的反射率会变得更高。这样，根据光纤的长度不同也存在适当的反射率。更优选的是，关于这些对基于第一激光谐振器的激光振荡造成影响的各种参数，根据传输距离、在受光单元侧所需的电力输出、在发光单元侧所允许的消耗电力等进行适当设定，以通过第一激光谐振器引起激光振荡。
需要说明的是，在上述实施方式中，作为第二光反射机构的反射镜32是形成有电介质多层膜的光学板，但第二光反射机构不限于此，也可以通过在受光元件33a的受光面形成的电介质多层膜来实现。
(实施方式二)
图6是示出实施方式二的光功率传输装置的概要结构的示意图。光功率传输装置100A具有在图1所示的光功率传输装置100的结构的基础上，将受光单元30置换为受光单元30A而成的结构。
受光单元30A具有在光功率传输装置100的受光单元30的结构的基础上将反射镜32置换为连接器34及光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating：FBG)35而成的结构。
连接器34设置于FBG 35的一端。连接器34由公知的箍圈、光连接器构成，并以与连接器21对置的方式与框体31的连接器连接部31a连接。由此，FBG 35与光纤20光学连接。连接器34可以以可装卸的方式连接于连接器连接部31a，也可以粘接于连接器连接部31a。对FBG 35的设置有连接器34的一端实施研磨处理，以使得反射衰减量为30dB以上。
FBG 35是具有铁心35a和包层35b的SMF，在铁心35a形成有周期性折射率分布的光栅G。光栅G构成为对特定的波长进行布拉格反射，并在本实施方式中构成为在980nm的波长下使大部分光透过且反射率为5％。该FBG 35作为第二光反射机构发挥功能。FBG 35的另一端与受光模块33的受光元件33a的受光面对置，且FBG 35与受光元件33a光学连接。
在光功率传输装置100A中，发光单元10的反射镜12、光纤20及FBG 35依此顺序进行光学连接，由此在980nm的波长下构成作为第一激光谐振器的激光谐振器LC2。并且，半导体光放大器11配置在激光谐振器LC2内。
光功率传输装置100A与光功率传输装置100同样地动作。即，首先驱动装置40向半导体光放大器11供给驱动电流DC1。在半导体光放大器11产生光增益的状态下，由激光谐振器LC2引起激光振荡，由该激光振荡产生的激光L1在受光单元30A内从激光谐振器LC2的FBG35输出。其结果是，将由激光振荡产生的高的光功率作为激光L1经由光纤20从发光单元10向受光单元30传输。在受光模块33中，受光元件33a接收激光L1并进行光电转换，转换而成的电流从输出端子33b输出。另一方面，当连接器21或连接器34从连接器连接部31a脱离时，未构成激光谐振器LC2，从而不引起激光振荡。
因此，在光功率传输装置100A中，与光功率传输装置100同样地能够以简单的结构防止激光向外部泄漏，并确保高的安全性，并且能够安全地进行向远程地、视距不及的场所的供电、传输功率。
(实施方式三)
图7是示出实施方式三的光功率传输装置的概要结构的示意图。光功率传输装置100B具有在图1所示的光功率传输装置100的结构的基础上，将发光单元10置换为发光单元10B、将光纤20置换为光纤20B、并将受光单元30置换为受光单元30B而成的结构。
发光单元10B具有在发光单元10的结构的基础上将半导体光放大器11置换为半导体光放大器11B而成的结构。半导体光放大器11B具有与半导体光放大器11同样的材料、结构，但活性区域的宽度设定为能够进行多模波导的宽度，例如100μm。
光纤20B为多模光纤(MMF)，铁心直径例如为100μm。
受光单元30B具有在光功率传输装置100的受光单元30的结构的基础上，将反射镜32置换为体积布拉格光栅(Volume Bragg Grating：VBG)32B而成的结构。
VBG 32B是大面积的衍射光栅板，并构成为在980nm的波长下使大部分光透过且反射率为5％。该VBG 32B作为第二光反射机构而发挥功能。VBG 32B例如设置于框体31的内壁，并与受光元件33a的受光面隔开规定的距离而对置，VBG 32B与受光元件33a光学连接。
在光功率传输装置100B中，发光单元10B的反射镜12、光纤20B及VBG 32B依此顺序进行光学连接，由此在980nm的波长下构成作为第一激光谐振器的激光谐振器LC3。并且，半导体光放大器11B配置在激光谐振器LC3内。
光功率传输装置100B与光功率传输装置100同样地动作。即，半导体光放大器11B在从驱动装置40供给驱动电流DC1而产生光增益的状态下，通过激光谐振器LC3引起激光振荡，由该激光振荡产生的激光L3从VBG 32B输出。其结果是，将由激光振荡产生的高的光功率作为激光L3经由光纤20B从发光单元10B向受光单元30B传输。
特别是，在光功率传输装置100B中，由于半导体光放大器11B的活性区域的宽度设定为能够进行多模波导的宽度，且光纤20B为MMF，因此例如将超过1W的极高的光功率作为激光L3进行传输。
在受光模块33中，受光元件33a接收激光L3并进行光电转换，转换成的电流从输出端子33b输出。另一方面，当连接器21从连接器连接部31a脱离时，未构成激光谐振器LC3，从而不引起激光振荡。
另外，在光功率传输装置100B中，由于使VBG 32B从受光元件33a的受光面隔开规定的距离，因此能够使受光面处的激光L3的光束直径相较于光纤20B的铁心直径充分地扩大。其结果是，由于能够使受光面处的光的功率密度降低，因此能够避免受光元件33a的受光面的损伤。优选为，VBG 32B与受光元件33a的受光面的距离基于对受光元件33a的光功率密度的耐性、激光L3的功率而适当设定。
另外，在光纤20B为MMF的情况下，一般而言，难以在铁心形成光栅的情况很多，因此使用VBG 32B是有效的。
在光功率传输装置100B中，与光功率传输装置100同样地能够以简单的结构防止激光向外部泄漏，并确保高的安全性，并且能够安全地进行向远程地、视距不及的场所的供电、传输功率。
需要说明的是，在上述实施方式中，光电转换元件包含以Si为主成分的半导体材料。然而，光电转换元件的结构材料不限于此，可根据所接收的光的波长等适当选择。
例如，光电转换元件也可以包含与砷化镓(GaAs)晶格匹配的半导体材料。在此，所谓晶格匹配，包括无应变的晶格匹配和应变晶格匹配这两者。作为与GaAs晶格匹配的半导体材料，例如有GaAs、AlGaAs等。作为光电转换元件的结构，可以采用在GaAs基板上作为吸收层而形成有GaAs层、AlGaAs层的结构。若是包含与GaAs晶格匹配的半导体材料的光电转换元件，则能够提高对980nm等1000nm附近波长的光的光电转换效率。
另外，光电转换元件也可以包含与磷化铟(InP)晶格匹配的半导体材料。作为与InP晶格匹配的半导体材料，有GaInAsP、AlGaInAs等。作为光电转换元件的结构，可以采用在InP基板上作为吸收层而形成有GaInAsP层、AlGaInAs层的结构。若是包含与InP晶格匹配的半导体材料的光电转换元件，则能够提高对作为通信波段之一的1550nm附近波长的光的光电转换效率。
(实施方式四)
作为实施方式四，对不将通过光纤传输的光功率转换为电力而直接利用光的光功率传输装置进行说明。图8是示出实施方式四的光功率传输装置的概要结构的示意图。光功率传输装置100C具有在图7所示的光功率传输装置100B的结构的基础上将发光单元10B置换为发光单元10C、并将受光单元30B置换为受光单元30C而成的结构。
发光单元10C具有在发光单元10B的结构的基础上将半导体光放大器11B置换为半导体光放大器11C、将反射镜12置换为反射镜12C、并将低反射膜13置换为低反射膜13C而成的结构。
半导体光放大器11C具有与半导体光放大器11B同样的材料、结构，但以包含808nm作为增益波长频带的方式调整材料的组成、结构。反射镜12C例如为电介质多层膜，且构成为在半导体光放大器11C的增益波长频带所包含的808nm下成为95％的高反射率。低反射膜13C例如为电介质多层膜，且构成为在808nm的波长下为0.1％的极低反射率。
受光单元30C具备框体31C、VBG 32C、透镜36a、36b、作为第二光增益产生机构的微芯片37、反射膜38a、38b、以及输出窗39。
框体31C是收容VBG 32C、透镜36a、36b、微芯片37、反射膜38a、38b、以及输出窗39的筒状的框体，例如由金属材料构成。在框体31C的一端设置有能够与连接器21连结的连接器连接部31Ca。
VBG 32C构成为在808nm的波长下使大部分光透过且反射率为5％。VBG 32C与光纤20B的设置有连接器21的一端对置。
发光单元10C的反射镜12C、光纤20B及VBG 32C依此顺序进行光学连接，由此在808nm的波长下构成作为第一激光谐振器的激光谐振器LC4。并且，半导体光放大器11C配置在激光谐振器LC4内。半导体光放大器11C在从驱动装置40供给驱动电流DC1而产生光增益的状态下，通过激光谐振器LC4引起激光振荡，由该激光振荡产生的激光L4从VBG 32C输出。其结果是，将由激光振荡产生的高的光功率作为激光L4经由光纤20B从发光单元10C向受光单元30C传输。
透镜36a以与VBG 32C对置的方式配置。透镜36a作为使激光L4向微芯片37输入的光学系统而发挥功能。
微芯片37由包含钇铝石榴石(YAG)的光学材料构成，在本实施方式中由YAG构成。
反射膜38a、38b分别设置于其各自与微芯片37对置的端面，并例如为电介质多层膜。反射膜38a几乎使波长808nm的激光L4全部透过，并以高反射率(例如95％以上)反射波长1064nm的光。反射膜38b构成为在1064nm的波长下使大部分光透过且反射率为50％。
反射膜38a、38b构成在1064nm的波长下发挥功能的作为第二激光谐振器的激光谐振器LC5。微芯片37配置在激光谐振器LC5内。微芯片37将透过了反射膜38a的激光L4作为激励光接收，由此发出1064nm的波长的光，并产生光增益。于是，通过激光谐振器LC5引起激光振荡，由该激光振荡产生的作为第二激光的、波长为1064nm的激光L5从激光谐振器LC5的反射膜38b侧输出。即，反射膜38a、38b及微芯片37作为YAG激光部发挥功能。
透镜36b以与反射膜38b对置的方式配置，并作为将激光L5聚光的聚光光学系统发挥功能。输出窗39是在框体31C的另一端侧以与透镜36b对置的方式配置的光学窗，并使激光L5透过而向外部输出。
如上所述，在光功率传输装置100C中，激光谐振器LC4构成相对于YAG激光部的激励激光产生部。在光功率传输装置100C中，与光功率传输装置100同样地能够以简单的结构防止激光L4向外部泄漏，并确保高的安全性，并且能够安全地进行向远程地、视距不及的场所的供电、传输功率。
该光功率传输装置100C例如能够适宜地作为内燃机中的点火装置来利用。由于YAG激光器通过进行脉冲激励而能够产生峰值功率极高的脉冲激光，因此能够在内燃机中实现较高的燃烧效率。在光功率传输装置100C中，作为使激光L4、L5成为脉冲激光的方法，例如有将从驱动装置40向半导体光放大器11C供给的驱动电流DC1设为脉冲电流的方法。在将该光功率传输装置100C作为点火装置来利用的情况下，例如在连接器21产生松动时、在相当于火花塞的更换的受光单元30C的更换时等，由于激光L4、L5的输出自动停止，因此确保了安全性。
另外，在内燃机中，有时不能确保能够在其附近设置发光单元10C的空间。优选的是，在该光功率传输装置100C中，将发光单元10C设置于能够设置的位置，并可从该处通过光纤20B向设置于内燃机的受光单元30C传输光功率。
需要说明的是，在上述实施方式中，作为第二光增益产生机构的微芯片37由YAG构成，但第二光增益产生机构的构成材料不限于此，也可以是YVO(钇钒氧化物)等，并能够根据所期望的激光振荡波长等适当选择。
例如，第二光增益产生机构也可以包含与GaAs晶格匹配的半导体材料。作为与GaAs晶格匹配的半导体材料，例如有GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlInGaP等。作为第二光增益产生机构的结构，能够采用在GaAs基板上作为发光层而形成有GaAs层、AlGaAs层、InGaAs层、AlInGaP层等的结构。若是包含与GaAs晶格匹配的半导体材料的第二光增益产生机构，则适合于980nm等1000nm附近波长的激光振荡。
另外，第二光增益产生机构也可以包含与InP晶格匹配的半导体材料。作为与InP晶格匹配的半导体材料，有GaInAsP、AlGaInAs等。作为第二光增益产生机构的结构，能够采用在InP基板上作为发光层而形成有GaInAsP层、AlGaInAs层的结构。若是包含与InP晶格匹配的第二光增益产生机构的光电转换元件，则适合于作为通信波段之一的1550nm附近波长的激光振荡。
(实施方式五)
作为实施方式五，对不将通过光纤传输的光功率转换为电力而直接利用光的光功率传输装置进行说明。图9是示出实施方式五的光功率传输装置的概要结构的示意图。光功率传输装置100D具有在图1所示的光功率传输装置100的结构基础上将发光单元10置换为发光单元10D、将受光单元30置换为受光单元30D、并且还追加了头灯单元50而成的结构。光功率传输装置100D适用于机动车的激光头灯。激光头灯具有能够减小光的光斑尺寸、能够进行高亮度照明、并且能够明亮地照射至数百米的远方的优点。
发光单元10D具有在发光单元10的结构的基础上将半导体光放大器11置换为半导体光放大器11D、将反射镜12置换为反射镜12D、并将低反射膜13置换为低反射膜13D而成的结构。
半导体光放大器11D以包含蓝色波长(360nm～480nm)即400nm来作为增益波长频带的方式调整材料的组成、结构。反射镜12D例如为电介质多层膜，并构成为在400nm的波长下为95％的高反射率。低反射膜13D例如为电介质多层膜，并构成为在400nm的波长下为0.1％的极低反射率。
发光单元10D被安装于机动车中的散热性高的构件，在本实施方式中被安装于车身的框架F。
受光单元30D具备框体31D和收容于框体31D的作为第二光反射机构的反射镜32D。光纤20被插入框体31D，光纤20以其一端与反射镜32D接近并对置的方式固定于框体31D。由此光纤20与反射镜32D光学连接。反射镜32D与图1所示的反射镜32同样例如是形成有电介质多层膜的光学板(玻璃板等)，并构成为在400nm的波长下使大部分光透过且反射率为5％。
发光单元10D的反射镜12D、光纤20及反射镜32D依此顺序进行光学连接，由此在400nm的波长下构成作为第一激光谐振器的激光谐振器LC6。并且，半导体光放大器11D配置在激光谐振器LC6内。半导体光放大器11D在从驱动装置40供给驱动电流DC1而产生光增益的状态下，通过激光谐振器LC6引起激光振荡，由该激光振荡产生的激光L6从反射镜32D输出。其结果是，将由激光振荡产生的高的光功率作为第一激光、即激光L6经由光纤20从发光单元10D向受光单元30D传输。
头灯单元50具备框体51、反射镜52、发光部53、反射镜54及投射透镜55。框体51例如由树脂构成，并收容反射镜52、发光部53及反射镜54，且以投射透镜55向外部露出的方式安装。另外，在框体51安装有受光单元30D。
反射镜52使从受光单元30D输出的激光L6向发光部53反射。发光部53由包含吸收蓝色光而发出作为其补色的黄色光的公知的荧光材料的树脂构成。因此，发光部53吸收激光L6的一部分，并发出与激光L6波长不同的黄色光。由此，发光部53输出白色光L7。反射镜54未凹面镜，且使白色光L7聚光并向投射透镜55反射。投射透镜55将白色光L7聚光并向外部输出。需要说明的是，发光部53的结构是一个例子，并非局限于此。
在光功率传输装置100D中，与光功率传输装置100同样地能够以简单的结构防止激光L6向外部泄漏，并确保高的安全性。另外，在机动车中，有时不能确保能够在头灯单元50的附近设置发光单元10D的空间。优选的是，在该光功率传输装置100D中，将发光单元10D设置于能够设置的位置，并可从该处通过光纤20向设置于头灯单元50的受光单元30D传输光功率。
另外，光功率传输装置100D在热对策方面也是优选的结构。
例如，图10是示出内置有蓝色激光光源的头灯单元的概要结构的示意图。该头灯单元350在框体351内收容有蓝色激光光源310。蓝色激光光源310从端子311被供给电流而输出蓝色的激光L31。反射镜352使从蓝色激光光源310输出的激光L31向发光部353反射。发光部353吸收激光L31的一部分而发出作为其补色的黄色光，由此输出白色光L32。反射镜354为凹面镜，且将白色光L32聚光并向投射透镜355反射。投射透镜355将白色光L32聚光并向外部输出。
在这种头灯单元350中，是将高亮度的蓝色激光光源310组装于密闭性高的框体351的结构，蓝色激光光源310所发出的热的散热性存在问题。与此相对，在光功率传输装置100D中，发光单元10D与框架F等散热性高的构件密接设置，并通过光纤20以激光L6将光功率传输到头灯单元50的发光部53的附近。另外，在光纤20脱落的情况下，激光振荡停止。其结果是，能够实现散热性优良且安全的激光头灯系统。
需要说明的是，在上述实施方式中，第一光增益产生机构是半导体光放大器，但也可以是例如在YAG棒等固态激光器中使用的其他光增益产生机构。在该情况下，能量供给机构例如为激光光源，并通过光供给使YAG棒产生增益的能量。
另外，本发明不被上述实施方式限定。将上述各实施方式的构成要素适当组合而构成的结构也包含在本发明中。另外，本领域技术人员能够容易地导出进一步的效果、变形例。因此，本发明的更广范的方式不限定于上述实施方式，可以进行各种变更。
工业实用性
如上所述，本发明适于应用于使用光纤的光功率传输。
附图标记说明：
10、10B、10C、10D 发光单元
11、11B、11C、11D 半导体光放大器
12、12C、12D、32、32D、52、54 反射镜
13、13C、13D 低反射膜
14、36a、36b 透镜
15、31、31C、31D、51 框体
20、20B 光纤
21、34 连接器
30、30A、30B、30C、30D 受光单元
31a、31Ca 连接器连接部
32B VBG
33、33B 受光模块
33a 受光元件
33b 输出端子
35 FBG
35a 铁心
35b 包层
37 微芯片
38a、38b 反射膜
39 输出窗
40 驱动装置
50 头灯单元
53 发光部
55 投射透镜
100、100A、100B、100C、100D 光功率传输装置
DC1 驱动电流
F 框架
G 光栅
L1、L3、L4、L5、L6 激光
L2 光
L7 白色光
LC1、LC2、LC3、LC4、LC5、LC6 激光谐振器。

Claims (14)

1.一种光功率传输装置，其特征在于，
所述光功率传输装置具备：
发光单元，其具备第一光增益产生机构和第一光反射机构；
光纤；
第二光反射机构；
受光机构；以及
能量供给机构，其向所述第一光增益产生机构供给能量，
所述光功率传输装置构成为，
所述第二光反射机构配置于比所述光纤靠受光机构侧的位置，
通过在所述第一光反射机构与所述第二光反射机构之间将所述第一光增益产生机构与所述光纤光学连接而构成第一激光谐振器，
在所述第一激光谐振器产生的第一激光向所述受光机构入射，
所述能量供给机构设定为向所述第一光增益产生机构供给如下范围的值的能量，即，在将所述第一光反射机构、所述光纤以及所述第二光反射机构光学连接的状态下引起所述激光振荡，且在所述光学连接被解除的情况下不引起所述激光振荡。
2.根据权利要求1所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述第二光反射机构与所述受光机构相互固定而构成受光单元。
3.根据权利要求1或2所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述光纤构成为能够相对于所述第二光反射机构解除光学耦合。
4.根据权利要求2所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述光纤在所述受光单元侧具有第一固定部，
所述受光单元具有第二固定部，
所述第一固定部以能够装卸的方式与第二固定部连接，该第二固定部设置于能够使所述光纤与所述第二光反射机构光学连接的规定位置。
5.根据权利要求1或2所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述第一光增益产生机构是半导体光放大器。
6.根据权利要求1或2所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述受光机构是接收从所述第一激光谐振器输出的所述第一激光并将所述第一激光转换为电流的光电转换元件。
7.根据权利要求6所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述光电转换元件包含以硅(Si)为主成分的半导体材料。
8.根据权利要求6所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述光电转换元件包含与砷化镓(GaAs)晶格匹配的半导体材料。
9.根据权利要求6所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述光电转换元件包含与磷化铟(InP)晶格匹配的半导体材料。
10.根据权利要求2所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述受光单元具备第二激光谐振器以及配置在所述第二激光谐振器内且通过被供给能量而产生光增益的第二光增益产生机构，
所述第二光增益产生机构接收所述第一激光而产生光增益，
通过所述第二激光谐振器引起激光振荡，且从所述第二激光谐振器输出由该激光振荡产生的第二激光。
11.根据权利要求10所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述第二光增益产生机构由包含钇铝石榴石(YAG)的光学材料构成。
12.根据权利要求10所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述第二光增益产生机构包含与砷化镓(GaAs)晶格匹配的半导体材料。
13.根据权利要求10所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述第二光增益产生机构包含与磷化铟(InP)晶格匹配的半导体材料。
14.根据权利要求1或2所述的光功率传输装置，其特征在于，
所述受光机构是吸收从所述第一激光谐振器输出的所述第一激光，并发出与该第一激光波长不同的光的发光机构。
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