JP2017038057A - 光学的電力伝送を用いる電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源は電気エネルギーを光に変換し、光は、最初に該PVデバイスの導電層を通過することなく、光源の活性領域から直列の光電変換(PV)デバイスの活性層へと直接伝播する。このように、導電層における吸収が回避されており、OPTシステムの効率は向上されている。複数のPVデバイスは、それぞれが同量の電流を発生するように構成され、該複数のPVデバイスは電気的に直列に接続される。複数のPVデバイスは、光が最初に光源により近いPVデバイスを通って伝播するように直列に配置され、より遠いPVデバイスは、各PVデバイスにより吸収される光及び生成する電流が他のPVデバイスと等しくなるように、より長い伝播距離を有する。ある実施態様では、PVデバイスは、光源を有するレーザーキャビティー内に構成される。
【選択図】図1A
Description
P=I2R
によって与えられる。ここで、Pは消費電力であり、Iは電流であり、そしてRは抵抗である。従って、PVデバイスにおいて消費される電力は、電流の2乗に比例し、低電流高電圧のデバイスとすることがより効率的である。高電流源を使用したときの2次関数的な電力消費とは対照的に、PVデバイスを直列に配列すると、PVデバイスの電力消費がPVデバイス数に直線比例する高電圧低電流源を得ることができる。従って、複数のPVデバイスを直列に接続すると、増幅器414及びアイソレーションアンプ452でそれぞれ使用される10〜15ボルトの電圧レールを得るためのより効率的な電源を得ることができる。
Claims (20)
- 電気エネルギーを光に変換するように構成された光源;及び
複数の光電変換デバイス
を有し、
前記複数の光電変換デバイスのそれぞれは、
それぞれの第1の導電領域とそれぞれの第2の導電領域との間に挟まれた活性領域を有し、該活性領域は前記光源からの光を前記第1の導電領域中及び前記第2の導電領域中のどちらかに先に伝播させることなく受容するように配置されており、且つ
前記活性領域に受容された光を電気エネルギーに変換する、
光学的電力伝送(OPT)装置であって、
前記複数の光電変換デバイスが電気的に直列に接続されている、
前記OPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスのそれぞれにおける前記第1の導電領域がn−ドープされた半導体領域であり;
前記複数の光電変換デバイスのそれぞれにおける前記第2の導電領域がp−ドープされた半導体領域であり;
前記複数の光電変換デバイスのそれぞれにおける前記活性領域が、前記n−ドープされた半導体領域と、前記p−ドープされた半導体領域との間の空乏領域であり;
前記第1の導電領域、前記活性領域、および前記第2の導電領域が、第1の方向に積層されており、そして
前記光源からの光が前記第1の方向と実質的に直交する方向に伝播する、
請求項1に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスが第1の光電変換デバイス及び第2の光電変換デバイスを含み、これら第1の光電変換デバイス及び第2の光電変換デバイスは、前記光源からの光が前記第2の光電変換デバイスの前記活性領域に伝播されるより先に前記第1の光電変換デバイスの前記活性領域に伝播されるように構成されており、
前記第2の光電変換デバイスにおける光の伝播距離は、前記第1の光電変換デバイスにおける光の伝播距離よりも長く、そして、
前記第2の光電変換デバイスにおける光の伝播距離及び前記第1の光電変換デバイスにおける光の伝播距離は、前記第2の光電変換デバイスから発生される電流が前記第1の光電変換デバイスから発生される電流と等しくなるように構成されている、
請求項1に記載のOPT装置。 - 光が前記複数の光電変換デバイスにおける前記活性領域中を一旦通過した後に、該光を反射して、前記複数の光電変換デバイスにおける前記活性領域中を再通過するように構成された鏡を更に有する、
請求項1に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスは、光電変換デバイスのそれぞれが、前記第1の方向と直交する方向で他の光電変換デバイスと隣接しており、そして、
前記光源及び前記複数の光電変換デバイスは、前記光源からの光が、前記第1の方向と実質的に直交する方向に進行してそれぞれの光電変換デバイスにおける前記活性領域中を通過するように構成されている、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスのそれぞれにおける前記活性領域中の光の伝播距離は、前記光源からの光を照射したときに各光電変換デバイスが同量の電流を発生するように構成されている、
請求項5に記載のOPT装置。 - それぞれの光電変換デバイスにおける前記n−ドープされた半導体領域は、前記複数の光電変換デバイス中の隣接する光電変換デバイスにおける前記p−ドープされた半導体領域と隣接している、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスのそれぞれは、光源に最も近い光電変換デバイスを除いて、前記n−ドープされた半導体領域が、前記複数の光電変換デバイス中の隣接する光電変換デバイスにおける前記p−ドープされた半導体領域と電気的に接続されている、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスのそれぞれは、光源に最も近い光電変換デバイスを除いて、前記p−ドープされた半導体領域が、前記複数の光電変換デバイス中の隣接する光電変換デバイスにおける前記n−ドープされた半導体領域と電気的に接続されている、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記光源は、ヒ化ガリウム(GaAs)、ヒ化アルミニウムガリウム(AlGaAs)、リン化ガリウム(GaP)、リン化インジウムガリウム(InGaP)、窒化ガリウム(GaN)、ヒ化インジウムガリウム(InGaAs)、ヒ化窒化インジウムガリウム(GaInNAs)、リン化インジウム(InP)、及びリン化ガリウムインジウム(GaInP)のうちの1種を含有する活性領域を有する半導体光源である、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスは、前記光源を囲む一連の同心円として構成されており、
光電変換デバイスのそれぞれは、実質的に前記第1の方向に突出したリング状の形状を有しており、そして、
光電変換デバイスのそれぞれは、実質的に前記光源を中心とし、且つ前記複数の光電変換デバイス中の他の光電変換デバイスと異なる円周を有する、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスは、前記光源を囲む同心円の弧として構成されており、
光電変換デバイスのそれぞれは、実質的に前記第1の方向に突出したリングの弧の形状を有しており、そして、
弧の形状の光電変換デバイスのそれぞれは、実質的に前記光源を中心とする曲率半径を有しており、且つこれらの中心角が等しい光電変換デバイスは、前記光源により近く配置された光電変換デバイスが前記光源により遠く配置された光電変換デバイスよりも小さい曲率半径を有するように、曲率半径が異なる、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスは、前記第1の方向に直交する第2の方向に沿って配置されたブロックの列として構成されている、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記光源と前記複数の光電変換デバイスとの間に配置された反射防止層を更に有する、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記複数の光電変換デバイスのペアそれぞれの間に反射防止層を更に有する、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記光源が、発光ダイオード(LED)、有機LED、レーザーLED、及び垂直キャビティー面発光レーザーのうちの1種である、
請求項2に記載のOPT装置。 - 前記光源及び前記複数の光電変換デバイスが一体のデバイスである、
請求項1に記載の光学的電力伝送装置。 - 第1の光共振器;
電気エネルギーを光に変換するように構成された第1の光源;及び
第1の光電変換デバイス
を有し、
前記第1の光源は、前記第1の光共振器の光学モードとオーバーラップするように配置された活性領域を含み、
前記第1の光電変換デバイスは、前記第1の光共振器の光学モードとオーバーラップするように配置された活性領域を含み、且つ光を電気エネルギーに変換するように構成されている、
光学的電力伝送(OPT)装置であって、
前記第1の光共振器は、前記第1の光源の前記活性領域からの増加を含む往復の増加量が、前記第1の光電変換デバイスの活性領域による吸収を含む往復の損失量よりも大きいときにレーザー光を発するように構成されている、
前記OPT装置。 - 前記第1の光共振器を含む複数の光共振器;
前記第1の光源を含む複数の光源;及び
電気的に直列に接続されている複数の光電変換デバイス
を更に有し、
前記複数の光源のそれぞれは、前記複数の光発信機のそれぞれの光共振器の光学モードとオーバーラップするように配置された活性領域を含み、
前記複数の光電変換デバイスのそれぞれは、前記複数の光共振器のそれぞれの光共振器の光学モードとオーバーラップするように配置された活性領域を含み、そして、
光電変換装置のそれぞれは、前記複数の光源によって光が発生されたときに各光電変換装置が相等しい電流を発生するように構成されている、
請求項18に記載のOPT装置。 - 電気的に直列に接続されている複数の光電変換デバイスを更に有し、
前記複数の光電変換デバイスのそれぞれは、光共振器の光学モードとオーバーラップするように配置された活性領域を含み、そして、
光電変換装置のそれぞれは、光源によって光が発生されたときに各光電変換装置が相等しい電流を発生するように構成されている、
請求項18に記載のOPT装置。
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