CN112585891A - 光纤供电系统以及数据通信装置 - Google Patents

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Abstract

提供即使光纤损伤也能够抑制供电光的泄漏的光纤供电系统以及数据通信装置。光纤供电系统经由光纤来传输供电光和信号光，该光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、作为包层且位于比第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径。并且，供电光经由第1传输路径而被传播，信号光经由第2传输路径而被传播。数据通信装置具备：向第1传输路径输出供电光的供电装置；和经由第2传输路径来发送信号光的发送部或经由第2传输路径来接收信号光的接收部。或者，数据通信装置具备：从第1传输路径输入供电光的受电装置；和经由第2传输路径来发送信号光的发送部或经由第2传输路径来接收信号光的接收部。

Description

光纤供电系统以及数据通信装置
技术领域
本公开涉及光纤供电系统以及数据通信装置。
背景技术
近来，研究了将电变换成光(称为供电光)从而进行传输，并将该供电光变换成电能而作为电来利用的光供电系统。在专利文献1中，记载了光通信装置，该光通信装置具备：光发送机，发送通过电信号调制了的信号光以及用于提供电的供电光；光纤，具有传输上述信号光的纤芯、形成在上述纤芯的周围且折射率小于上述纤芯并且传输上述供电光的第1包层、以及形成在上述第1包层的周围且折射率小于上述第1包层的第2包层；和光接收机，通过对由上述光纤的第1包层传输的上述供电光进行变换得到的电而动作，并将由上述光纤的纤芯传输的上述信号光变换成上述电信号。
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
发明要解决的课题
在光供电中，预期将变得可进行更高能量的供电光的传输。在光纤供电系统的敷设时以及运用中，不希望在光纤损伤的情况下，供电光从损伤部位泄漏。
用于解决课题的手段
本公开的光纤供电系统经由光纤来传输供电光和信号光，该光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、和作为包层且位于比所述第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径，
供电光经由所述第1传输路径而被传播，信号光经由所述第2传输路径而被传播。
本公开的数据通信装置是光纤供电系统的数据通信装置，所述光纤供电系统经由光纤来传输供电光和信号光，所述光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、和作为包层且位于比所述第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径，
所述数据通信装置具备：
供电装置，向所述第1传输路径输出供电光；和
经由所述第2传输路径来发送信号光的发送部或经由所述第2传输路径来接收信号光的接收部。
本公开的另一个数据通信装置，是光纤供电系统的数据通信装置，所述光纤供电系统经由光纤来传输供电光和信号光，所述光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、和作为包层且位于比所述第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径，
所述数据通信装置具备：
受电装置，从所述第1传输路径输入供电光；和
经由所述第2传输路径来发送信号光的发送部或经由所述第2传输路径来接收信号光的接收部。
附图说明
图1是本公开的第1实施方式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实施方式涉及的光纤供电系统的结构图，并图示了光连接器等。
图4是本公开的另一实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
图5是应用了供电光的泄漏防止单元的第3实施方式的光纤供电系统的结构图。
图6是应用了供电光的泄漏防止单元的其他实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
图7是应用了供电光的泄漏防止单元的第4实施方式的光纤供电系统的结构图。
图8是示出控制部执行的控制处理的一个例子的流程图。
图9是应用了供电光的泄漏防止单元的其他实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
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和受电装置(PD：Powered Device)310。
另外，本公开中的供电装置是将电变换成光能并进行供给的装置，受电装置是接受光能的供给并将该光能变换成电的装置。
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径的光纤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进行激光振荡，从而输出供电光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，从而传输供电光112。
来自供电装置110的供电光112输入到光纤电缆200A的一端201A，供电光112在光纤250A中传播，并从另一端202A输出到受电装置310。
光电变换元件311将穿过光纤电缆200A而传输来的供电光112变换成电。被光电变换元件311变换得到的电被设为在受电装置310内需要的驱动电。进一步地，受电装置310能够将由光电变换元件311变换得到的电输出到外部设备用。
构成实现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被设为具有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且光电变换效率高，因而可提高光供电的发电侧以及受电侧的光电变换效率，从而光供电效率提高。
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，可应用具有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2.4～6.2eV的激光介质的半导体材料。
另外，激光处于波长越长则传输效率越好、并且波长越短则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(基波)大于500nm的激光介质的半导体材料。此外，在优先光电变换效率的情况下，也可以使用激光波长(基波)小于200nm的激光介质的半导体材料。
这些半导体材料也可以应用于供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的任一者。可提高供电侧或受电侧的光电变换效率，从而光供电效率提高。
〔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包括经由光纤的供电系统和光通信系统，具备包括供电装置(PSE：Power Sourcing Equipment)110的第1数据通信装置100、光纤电缆200、和包括受电装置(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除供电装置110之外，还包括进行数据通信的发送部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。发送部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包括光纤250，光纤250具有形成信号光的传输路径的纤芯210、和配置在纤芯210的外周且形成供电光的传输路径的包层220。
受电装置310包括光电变换元件311。第2数据通信装置300除受电装置310之外，还包括发送部320、接收部330和数据处理单元340。第2数据通信装置300相当于电力终端站(Power End Station)等。发送部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，对供电用半导体激光器111、信号用半导体激光器121和调制器122、信号用光电二极管131等进行电驱动。此外，第1数据通信装置100是通信网络中的节点。或第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而进行激光振荡，从而输出供电光112。
光电变换元件311将穿过光纤电缆200而传输来的供电光112变换成电。由光电变换元件311变换得到的电被设为发送部320、接收部330以及数据处理单元340的驱动电、在其他第2数据通信装置300内需要的驱动电。进一步地，第2数据通信装置300也可以能够将由光电变换元件311变换得到的电输出到外部设备用。
另一方面，发送部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而输出。
接收部330的信号用光电二极管331将穿过光纤电缆200而传输来的信号光125解调为电信号，并向数据处理单元340输出。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而向调制器322输出。
发送部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而输出。
接收部130的信号用光电二极管131将穿过光纤电缆200而传输来的信号光325解调为电信号并输出。基于该电信号的数据被发送到节点，另一方面，来自该节点的数据被设为发送数据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在纤芯210中传播，并从另一端202向第2数据通信装置300输出。
来自第2数据通信装置300的信号光325输入到光纤电缆200的另一端202，在纤芯210中传播，并从一端201向第1数据通信装置100输出。
另外，如图3所示，在第1数据通信装置100设置有光输入输出部140和附设于其的光连接器141。此外，在第2数据通信装置300设置有光输入输出部350和附设于其的光连接器351。设置在光纤电缆200的一端201的光连接器230与光连接器141连接。设置在光纤电缆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引导至包层220，将信号光125引导至纤芯210，并将信号光325引导至接收部130。光输入输出部350将供电光112引导至受电装置310，将信号光125引导至接收部330，并将信号光325引导至纤芯210。
如以上那样，光纤电缆200的一端201被设为能够与第1数据通信装置100连接，另一端202被设为能够与第2数据通信装置300连接，并传输供电光112。进一步地，在本实施方式中，光纤电缆200对信号光125、325进行双方向传输。
作为构成实现供电用半导体激光器111以及光电变换元件311的光-电气间的变换效果的半导体区域的半导体材料，可应用与上述第1实施方式同样的半导体材料，可实现较高的光供电效率。
另外，如图4所示的光纤供电系统1B的光纤电缆200B那样，也可以单独地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也可以利用多根来构成。
(2)供电光的泄漏抑制单元
接下来，对供电光的泄漏抑制单元进行说明。
〔第3实施方式〕
图5是应用了供电光的泄漏防止单元的第3实施方式的光纤供电系统的结构图。图5中，对于与上述相同的结构要素，标注相同的符号，并省略详细的说明。
第3实施方式的光纤供电系统1C具备光纤250C，光纤250C包括能够传输光的第1传输路径281以及第2传输路径282。光纤250C包括纤芯、纤芯的周围的第1包层和第1包层的周围的第2包层。光纤250C也可以具有位于比第2包层更靠外周的位置的第3包层、位于其外周的第4包层等更多的包层。纤芯和多个包层中的2个被使用为第1传输路径281以及第2传输路径282。经由第1传输路径281传输供电光112，经由第2传输路径282传输信号光125。不过，作为第2传输路径282，可选择位于比第1传输路径281更靠外周的位置的包层。
作为一个例子，设为采用具有纤芯、纤芯的周围的第1包层、第1包层的周围的第2包层的光纤250C。在该情况下，也可以作为第1传输路径281将纤芯使用于供电光112的传输，作为第2传输路径282将第1包层使用于信号光125的传输。
或者，设为采用具有纤芯、纤芯的周围的第1包层、第1包层的周围的第2包层以及第2包层的周围的第3包层的光纤250C。在该情况下，也可以是，作为第1传输路径281将第1包层使用于供电光112的传输，作为第2传输路径282将第2包层使用于信号光125的传输。
供电光112传播的第1传输路径281也可以相较于其他传输路径，构成为截面积较大。
供电装置110向光纤250C的第1传输路径281(例如纤芯)输出供电光112。受电装置310从光纤250C的第1传输路径281输入供电光112。
发送部120向光纤250C的第2传输路径282(例如第1包层)输出信号光125。接收部330从光纤250C的第2传输路径282输入信号光125。信号光125既可以包括数据通信的主体数据，也可以是用于感知光纤250C的损伤的信号。
如图5所示，在第3实施方式的光纤供电系统1C中，在供电光112以及信号光125的传输中，光纤250C损伤。供电光112与信号光125相比，是较高的能量光(高强度)。因此，不希望较高的能量光在光纤250C断线时泄漏。在损伤部W，由于从外周的传输路径受到损伤，因而在供电光112从第1传输路径281泄漏之前，信号光125从第2传输路径282泄漏。信号光125的泄漏例如成为接收部330的受光量的下降、信号光125的反射光量的增加、或者从损伤部W泄漏的信号光125被红外线摄像头拍摄到等异常而显现。因此，存在能够通过信号光125的异常来及早发现光纤250C的损伤，从而在光纤250C的损伤加剧从而供电光112泄漏之前处理损伤的情况。由此，根据第3实施方式的光纤供电系统1C，能够抑制供电光112突然泄漏、供电光112长时间持续泄漏。
第3实施方式的系统能够应用于图1、图2、图4的光纤供电系统。在应用于图1的系统的情况下，只要将图1的光纤250A变更为第3实施方式的光纤250C，将图1的供电装置110变更为第3实施方式的供电装置110以及发送部120，并将图1的受电装置310变更为第3实施方式的受电装置310以及接收部330即可。
在应用于图2的系统的情况下，只要将图2的光纤250变更为第3实施方式的光纤250C，并使图2的供电装置110、发送部120、受电装置310以及接收部330的供电光112以及信号光125的输入输出位置与第3实施方式相同即可。或者，也可以设为与图2的发送部120以及接收部330独立的结构，新追加第3实施方式的发送部120以及接收部330。在该情况下，在系统中具备两组发送部120以及接收部330。也可以两组发送部120以及接收部330中的一个组合经由第2传输路径282(例如第2包层)而传输信号光125，另一个组合经由比第1传输路径281(例如第1包层)靠内侧的传输路径(例如纤芯)传输信号光125。
在应用于图4的系统的情况下，只要将图4的光纤270变更为第3实施方式的光纤250C，将图4的供电装置110变更为第3实施方式的供电装置110以及发送部120，并将图4的受电装置310变更为第3实施方式的受电装置310以及接收部330即可。
另外，在第3实施方式的光纤供电系统1C中，如图6所示，也可以将发送部120和接收部330颠倒地配置。
〔第4实施方式〕
图7是应用了供电光的泄漏防止单元的第4实施方式的光纤供电系统的结构图。在图7中，对于与图5相同的结构要素，标注相同的符号，省略详细的说明。
第4实施方式的光纤供电系统1D还具备监测信号光125的反射光量的监测部181、监测信号光125的受光量的监测部381、和基于信号光125的反射光量或受光量的异常来进行供电装置110的驱动的停止或输出的降低控制的控制部191。也可以省略监测部181、381的一者。
在受电装置310侧具有监测部381的情况下，也可以具备能够从监测部381向控制部191发送表示异常的信号或表示受光量的信号的传输路径291。传输路径291也可以是金属布线、无线传输路径、相比于光纤250C内的第2传输路径282更靠近中央的另外的传输路径、或者与光纤250C另外的光纤。
监测部181也可以设为包括提取来自光纤250C的第2传输路径282的返回光的隔离器和接受提取出的返回光的受光元件(光电二极管等)的结构。
监测部381例如也可以设为包括以一定的比例对信号光125的一部分进行分支的分束器和接受分支出的信号光的受光元件(光电二极管等)的结构。或者，接收部330也可以设为兼具监测部381的功能的结构。
如图8所示，控制部191判别是否产生了表示光纤250C的损伤的信号光125的变化(步骤S1)，在判别为产生了变化的情况下，使供电装置110的驱动停止或使输出降低(步骤S2)。所谓步骤S1的信号光125的变化，例如是反射光的增加(超过阈值的增加)、受光量的下降(低于阈值的下降)等。控制部191既可以包括微型计算机，也可以包括利用模拟电路或数字电路的定序器。
如图7所示，在第4实施方式的光纤供电系统1D中，设在供电光112以及信号光125的传输中光纤250C损伤。在损伤部W，从外周的传输路径受到损伤，因而在供电光112从第1传输路径281泄漏之前，信号光125从第2传输路径282泄漏。在如信号光125泄漏那样的情况下，损伤部W处的信号光125的反射增加，此外，信号光125传播到光纤250C的另一端202为止的光量下降。于是，通过监测部181、381的监测，可在控制部191中感知反射光量或受光量的变化，控制部191使供电装置110的驱动停止或使输出降低。通过该控制，可使在第1传输路径281中传播的供电光112停止或微弱。由此，即使损伤加剧到光纤250C的第1传输路径281，也能够抑制高强度的供电光112从损伤部泄漏。
第4实施方式的结构与第3实施方式同样，也能够应用于图1、图2、图4的光纤供电系统。
另外，在第4实施方式的光纤供电系统1D中，如图9所示，也可以将发送部120以及监测部181和接收部330以及监测部381颠倒地配置。此外，控制部191也可以与具有供电装置110的装置配置于另外的装置。在该情况下，控制部191也可以采用能够经由第1传输路径281以及第2传输路径282以外的传输路径发送控制信号，从而使供电装置110的驱动停止的结构。
以上说明了本公开的实施方式，但该实施方式作为例子而示出，能够作为除此之外的各种方式来实施，并且能够在不脱离发明的要旨的范围内，进行结构要素的省略、置换、变更。
产业上的可利用性
本公开能够利用于光纤供电系统以及数据通信装置。
符号说明
1A：光纤供电系统；
1：光纤供电系统；
1B：光纤供电系统；
1C：光纤供电系统；
1D：光纤供电系统；
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：发送部；
125：信号光；
130：接收部；
140：光输入输出部；
141：光连接器；
181：监测部；
191：控制部；
200A：光纤电缆；
200：光纤电缆；
200B：光纤电缆；
210：纤芯；
220：包层；
250A：光纤；
250：光纤；
250C：光纤；
281：第1传输路径；
282：第2传输路径；
W：损伤部；
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：发送部；
325：信号光；
330：接收部；
350：光输入输出部；
351：光连接器；
381：监测部。

Claims (5)

1.一种光纤供电系统，经由光纤来传输供电光和信号光，所述光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、和作为包层且位于比所述第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径，
供电光经由所述第1传输路径而被传播，信号光经由所述第2传输路径而被传播。
2.根据权利要求1所述的光纤供电系统，其中，
所述光纤供电系统具备：
监测部，监测所述信号光；和
控制部，在基于所述监测部的监测而判别为所述信号光的异常的情况下，停止所述供电光的传输或降低所述供电光的输出。
3.一种数据通信装置，是光纤供电系统的数据通信装置，所述光纤供电系统经由光纤来传输供电光和信号光，所述光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、和作为包层且位于比所述第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径，
所述数据通信装置具备：
供电装置，向所述第1传输路径输出供电光；和
经由所述第2传输路径来发送信号光的发送部或经由所述第2传输路径来接收信号光的接收部。
4.一种数据通信装置，是光纤供电系统的数据通信装置，所述光纤供电系统经由光纤来传输供电光和信号光，所述光纤具有作为纤芯或包层的第1传输路径、和作为包层且位于比所述第1传输路径更靠外周的位置的第2传输路径，
所述数据通信装置具备：
受电装置，从所述第1传输路径输入供电光；和
经由所述第2传输路径来发送信号光的发送部或经由所述第2传输路径来接收信号光的接收部。
5.根据权利要求3或4所述的数据通信装置，其中，
所述数据通信装置具备：
监测部，监测所述信号光的反射光量或受光量；和
控制部，在基于所述监测部的监测而判别为所述信号光的异常的情况下，停止所述供电光的传输或降低所述供电光的输出。
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