CN113544937B - 光纤供电系统以及光纤线缆 - Google Patents

光纤供电系统以及光纤线缆 Download PDF

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Abstract

光纤供电系统(1)中的光纤线缆(200)具有：纤芯(210)，其传输信号光(125、325)；第一包覆层(220)，其与纤芯的周围相接地配置并传输供电光(112)；以及第二包覆层(221)，其与第一包覆层的周围相接地配置。第一包覆层的径向折射率分布是从远离纤芯以及第二包覆层的内部位置(r2)的极大值向与纤芯以及第二包覆层分别相接的位置(r1、r3)递减的分布。纤芯的折射率比第一包覆层的与纤芯相接的位置处的折射率高。

Description

光纤供电系统以及光纤线缆
技术领域
本公开涉及光供电。
背景技术
近年来，正在研究将电力转换为光(被称为供电光)并传输，将该供电光转换为电能而作为电力来利用的光供电系统。
在专利文献1中记载了一种光通信装置，其具备：光发送机，其发送以电信号调制的信号光、以及用以供给电力的供电光；光纤，其具有传输上述信号光的纤芯、形成于上述纤芯的周围且折射率比上述纤芯小的传输上述供电光的第一包覆层、以及形成于上述第一包覆层的周围且折射率比上述第一包覆层小的第二包覆层；以及光接收机，其利用转换了由上述光纤的第一包覆层传输的上述供电光的电力进行动作，将由上述光纤的纤芯传输的上述信号光转换为上述电信号。
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
发明要解决的课题
在光供电中，要求进一步提高光供电效率。
在如上述现有技术那样在纤芯中传输信号光并利用第一包覆层传输供电光的情况下，为了提高供电光的传输效率，要求削减第一包覆层中的传输损耗。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式的光纤供电系统，具备：供电装置，其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，其包括将所述供电装置的供电光转换为电力的光电转换元件，
所述光纤供电系统具备：第一数据通信装置，其包括所述供电装置；第二数据通信装置，其与所述第一数据通信装置进行光通信，包括所述受电装置；以及光纤线缆，其一端能够与所述第一数据通信装置连接，另一端能够与所述第二数据通信装置连接，传输所述供电光以及信号光，
由所述光电转换元件转换的电力作为所述第二数据通信装置的驱动电力，
所述光纤线缆具有：纤芯，其传输信号光；第一包覆层，其与所述纤芯的周围相接地配置并传输所述供电光；以及第二包覆层，其与所述第一包覆层的周围相接地配置，
所述第一包覆层的径向折射率分布是从远离所述纤芯以及所述第二包覆层的内部位置的极大值向与所述纤芯以及所述第二包覆层分别相接的位置递减的分布，
所述纤芯的折射率比所述第一包覆层的与所述纤芯相接的位置处的折射率高。
附图说明
图1是本公开的第一实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图2是本公开的第二实施方式所涉及的光纤供电系统的结构图。
图3是本公开的第二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5A表示与光纤的轴垂直的剖视图。
图5B表示包括光纤的轴的剖视图。
图5C表示光纤的径向折射率分布的一例。
图5D表示光纤的径向折射率分布的另一例。
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
〔第一实施方式〕
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、光纤线缆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转换为光能而供给的装置，受电装置是接受光能的供给并将该光能转换为电力的装置。
供电装置110包括供电用半导体激光器111。
光纤线缆200A包括形成供电光的传输路径的光纤250A。
受电装置310包括光电转换元件311。
供电装置110与电源连接，供电用半导体激光器111等被电驱动。
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。
光纤线缆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被输入到光纤线缆200A的一端201A，供电光112在光纤250A中传播，从另一端202A输出到受电装置310。
光电转换元件311将通过光纤线缆200A传输来的供电光112转换为电力。由光电转换元件311转换后的电力在受电装置310内被设定为所需的驱动电力。进而，受电装置310能够将由光电转换元件311转换后的电力输出到外部设备用。
构成起到供电用半导体激光器111以及光电转换元件311的光-电之间的转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且光电转换效率高，因此提高光供电的发电侧以及受电侧的光电转换效率，提高光供电效率。
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，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，激光具有越是长波长，传输效率越好，越是短波长，光电转换效率越好的倾向。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，在优先光电转换效率的情况下，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以及光电转换元件311中的任一者。提高供电侧或者受电侧的光电转换效率，提高光供电效率。
〔第二实施方式〕
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的第一数据通信装置100、光纤线缆200以及包括受电装置(PD：Powered Device)310的第二数据通信装置300。
供电装置110包括供电用半导体激光器111。第一数据通信装置100除了包括供电装置110之外，还包括进行数据通信的发送部120和接收部130。第一数据通信装置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。
光纤线缆200包括光纤250，其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覆层220。
受电装置310包括光电转换元件311。第二数据通信装置300除了受电装置310以外，还包括发送部320、接收部330以及数据处理单元340。第二数据通信装置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，第二数据通信装置300是通信网络中的节点。或者，第二数据通信装置300也可以是与其他节点进行通信的节点。
第一数据通信装置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，第一数据通信装置100是通信网络中的节点。或者，第一数据通信装置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。
光电转换元件311将通过光纤线缆200传输来的供电光112转换为电力。由光电转换元件311转换后的电力被设置为发送部320、接收部330以及数据处理单元340的驱动电力以及在其他第二数据通信装置300内需要的驱动电力。进而，第二数据通信装置300可以将由光电转换元件311转换后的电力输出到外部设备用。
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输出。
接收部330的信号用光电二极管331将通过光纤线缆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将该电信号的数据发送至节点，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进行调制而作为信号光325输出。
接收部130的信号用光电二极管131通过光纤线缆200传输来的信号光325解调为电信号并输出。将该电信号的数据发送到节点，另一方面，将来自该节点的数据作为发送数据124。
来自第一数据通信装置100的供电光112以及信号光125被输入到光纤线缆200的一端201，供电光112在包覆层220中传播，信号光125在纤芯210中传播，从另一端202输出到第二数据通信装置300。
来自第二数据通信装置300的信号光325被输入到光纤线缆200的另一端202，在纤芯210中传播，从一端201输出到第一数据通信装置100。
另外，如图3所示，在第一数据通信装置100设置有光输入输出部140和附设于其的光连接器141。此外，在第二数据通信装置300设置有光输入输出部350和附设于其的光连接器351。设置于光纤线缆200的一端201的光连接器230与光连接器141连接。设置于光纤线缆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引导至包覆层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，将信号光325引导至纤芯210。
如上所述，光纤线缆200的一端201能够与第一数据通信装置100连接，另一端202能够与第二数据通信装置300连接，传输供电光112。进而，在本实施方式中，光纤线缆200双向传输信号光125、325。
作为构成起到供电用半导体激光器111以及光电转换元件311的光-电之间的转换效果的半导体区域的半导体材料，应用与上述第一实施方式相同的材料，实现高的光供电效率。
另外，如图4所示的光纤供电系统1B的光纤线缆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。光纤线缆200B也可以由多根构成。
(2)具有渐变折射率型的第一包覆层的光纤线缆的实施方式
接下来，参照图2以及图3以及图5A-D对具有渐变折射率型的第一包覆层的光纤线缆的实施方式进行说明。
在作为上述第二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，将上述光纤线缆200所包括的光纤250作为以下的结构来实施。
在图5A中示出与光纤250的轴垂直的剖视图，在图5B中示出包括轴的剖视图，在图5C中示出径向折射率分布的一例，在图5D中示出径向折射率分布的另一例。
光纤250具有：纤芯210，其传输信号光125、325；第一包覆层220，其与纤芯210的周围相接地配置，传输供电光112；以及第二包覆层221，其与第一包覆层的周围相接地配置。
如图5A-D所示，纤芯210是与阶跃折射率型多模光纤的纤芯同样的多模的光传输路径，具有恒定的折射率。
第一包覆层220的径向折射率分布是从远离纤芯210以及第二包覆层221的内部位置r2处的极大值向与纤芯210以及第二包覆层221分别相接的位置r1、r3递减的分布。
纤芯210的折射率比第一包覆层220的与纤芯210相接的位置r1处的折射率高。由此，在纤芯210内高效率地封入信号光。
如图5C所示，也可以实施第二包覆层221的折射率比第一包覆层220的与第二包覆层221相接的位置r3处的折射率低的分布。在第一包覆层220的内周侧位置(r1)以及外周侧位置(r3)，能够确保折射率的落差，将供电光高效率地封入第一包覆层220内。
根据以上的实施方式，传输供电光的第一包覆层220成为渐变折射率型多模的光传输路径。由此，能够削减第一包覆层220中的供电光的传输损耗，能够提高供电光112的传输效率。因此，能够提高光供电效率。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，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。
与以上的实施方式无关，纤芯210也可以设为渐变折射率型来实施。
第一包覆层220的折射率的极大值(径向位置r2)与纤芯210的折射率(极大值)的大小关系能够任意地实施。既可以使前者与后者相等，也可以使前者比后者高，也可以使前者比后者低。
此外，也能够应用于纤芯、第一包覆层、第二包覆层、第三包覆层的4重构造的光纤。
即，也能够将纤芯作为阶跃折射率型多模光纤，将传输供电光的包覆层设为渐变折射率型多模光纤。
产业上的可利用性
本发明能够利用于光纤供电系统以及光纤线缆。
-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 第一数据通信装置
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
200A 光纤线缆
200 光纤线缆
200B 光纤线缆
210 纤芯
220 包覆层(第一包覆层)
221 第二包覆层
250A 光纤
250 光纤
260 光纤
270 光纤
300 第二数据通信装置
310 受电装置
311 光电转换元件
320 发送部
325 信号光
330 接收部
350 光输入输出部
351 光连接器
401 可见光
410 盖构件
411 波长转换材料
420 盖构件
421 波长转换材料
600 光传输电源线缆。

Claims (5)

1.一种光纤供电系统，具备：
供电装置，其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，其包括将所述供电装置的供电光转换为电力的光电转换元件，
所述光纤供电系统具备：
第一数据通信装置，其包括所述供电装置；
第二数据通信装置，其与所述第一数据通信装置进行光通信，包括所述受电装置；以及
光纤线缆，其一端能够与所述第一数据通信装置连接，另一端能够与所述第二数据通信装置连接，传输所述供电光以及信号光，
由所述光电转换元件转换后的电力作为所述第二数据通信装置的驱动电力，
所述光纤线缆具有：纤芯，其传输信号光；第一包覆层，其与所述纤芯的周围相接地配置并传输所述供电光；以及第二包覆层，其与所述第一包覆层的周围相接地配置，
所述第一包覆层的径向折射率分布是从远离所述纤芯以及所述第二包覆层的内部位置的极大值向与所述纤芯以及所述第二包覆层分别相接的位置递减的分布，
所述纤芯的折射率比所述第一包覆层与所述纤芯相接的位置处的折射率高。
2.根据权利要求1所述的光纤供电系统，其中，
所述第二包覆层的折射率比所述第一包覆层与所述第二包覆层相接的位置处的折射率低。
3.根据权利要求1或2所述的光纤供电系统，其中，
构成起到所述半导体激光器的光-电间的转换效果的半导体区域的半导体材料设为激光波长500nm以下的激光介质。
4.一种光纤线缆，是光通信以及光供电用的光纤线缆，
所述光纤线缆具有：纤芯，其传输信号光；第一包覆层，其与所述纤芯的周围相接地配置并传输供电光；以及第二包覆层，其与所述第一包覆层的周围相接地配置，
所述第一包覆层的径向折射率分布是从远离所述纤芯以及所述第二包覆层的内部位置的极大值向与所述纤芯以及所述第二包覆层分别相接的位置递减的分布，
所述纤芯的折射率比所述第一包覆层与所述纤芯相接的位置处的折射率高。
5.根据权利要求4所述的光纤线缆，其中，
所述第二包覆层的折射率比所述第一包覆层与所述第二包覆层相接的位置处的折射率低。
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