JP2020202424A - 光電アダプタ及び電気入出力可能な光伝送ケーブル - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第1クラッド、及び上記第1クラッドの周囲に形成され上記第1クラッドより屈折率が小さい第2クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第1クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。
また、1つの態様の光電アダプタは、給電光を電力に変換する光電変換素子を含む受電装置と、光コネクタが接続可能とされた光コネクタ接続部と、電気機器の電気コネクタ接続部に接続可能とされた電気コネクタと、を有し、前記受電装置は、前記光コネクタ接続部から給電光の供給を受けて当該給電光を電力に変換し、当該電力を前記電気コネクタから出力する。
また、1つの態様の電気入出力可能な光伝送ケーブルは、両端にそれぞれ電気コネクタを有し、中間に光ファイバーを有し、一端に、当該一端の電気コネクタを介して入力された電力によりレーザー発振して給電光を前記光ファイバーに出力する半導体レーザーを含む給電装置を有し、他端に、前記光ファイバーを介して伝送された給電光を電力に変換する光電変換素子を含み、当該電力を当該他端の電気コネクタから出力する受電装置を有する。
〔第1実施形態〕
図1に示すように本実施形態の光ファイバー給電(PoF:Power over Fiber)システム1Aは、給電装置(PSE:Power Sourcing Equipment)110と、光ファイバーケーブル200Aと、受電装置(PD:Powered Device)310を備える。
なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。
給電装置110は、給電用半導体レーザー111を含む。
光ファイバーケーブル200Aは、給電光の伝送路を形成する光ファイバー250Aを含む。
受電装置310は、光電変換素子311を含む。
給電用半導体レーザー111は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光112を出力する。
給電装置110からの給電光112が、光ファイバーケーブル200Aの一端201Aに入力され、給電光112は光ファイバー250A中を伝搬し、他端202Aから受電装置310に出力される。
短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、GaN等、レーザー波長(基本波)が200〜500nmのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
また、同半導体材料として、2.4eV以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、GaN等、バンドギャップ2.4〜6.2eVのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長(基本波)が500nmより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長(基本波)が200nmより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー111及び光電変換素子311のいずれか一方に適用してもよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
図2に示すように本実施形態の光ファイバー給電(PoF:Power over Fiber)システム1は、光ファイバーを介した給電システムと光通信システムとを含むものであり、給電装置(PSE:Power Sourcing Equipment)110を含む第1のデータ通信装置100と、光ファイバーケーブル200と、受電装置(PD:Powered Device)310を含む第2のデータ通信装置300とを備える。
給電装置110は、給電用半導体レーザー111を含む。第1のデータ通信装置100は、給電装置110のほか、データ通信を行う発信部120と、受信部130とを含む。第1のデータ通信装置100は、データ端末装置(DTEP(Date Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。発信部120は、信号用半導体レーザー121と、モジュレーター122とを含む。受信部130は、信号用フォトダイオード131を含む。
給電用半導体レーザー111は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光112を出力する。
受信部330の信号用フォトダイオード331は、光ファイバーケーブル200を通して伝送されてきた信号光125を電気信号に復調し、データ処理ユニット340に出力する。データ処理ユニット340は、当該電気信号によるデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ324としてモジュレーター322に出力する。
発信部320のモジュレーター322は、信号用半導体レーザー321からのレーザー光323を送信データ324に基づき変調して信号光325として出力する。
受信部130の信号用フォトダイオード131は、光ファイバーケーブル200を通して伝送されてきた信号光325を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信され、その一方で当該ノードからデータが送信データ124とされる。
第2のデータ通信装置300からの信号光325が、光ファイバーケーブル200の他端202に入力され、コア210を伝搬し、一端201から第1のデータ通信装置100に出力される。
以上のように、光ファイバーケーブル200は、一端201が第1のデータ通信装置100に接続可能とされ、他端202が第2のデータ通信装置300に接続可能とされ、給電光112を伝送する。さらに本実施形態では、光ファイバーケーブル200は、信号光125,325を双方向伝送する。
次に、光電アダプタと光ファイバーケーブルを用いた電気機器の接続につき図5及び図6を参照して説明する。
図5に接続前のシステム構成を示す。
電気機器400は、給電側の電気機器である。電気機器400には、電極端子411を備えた電気コネクタ接続部410が設けられている。電気コネクタ接続部410としては、例えば、UBS(Universal Serial Bus)のポートのような給電と通信を行うポートが相当する。
電気コネクタ510は、電極端子411と接触接続する電極端子511を有し、電気コネクタ接続部410に接続可能とされたものである。
光コネクタ接続部520には、光ファイバーケーブル600の光コネクタ610が接続可能である。光ファイバーケーブル600は、上述の光ファイバーケーブル200に相当する。
電気コネクタ710は、電極端子811と接触接続する電極端子711を有し、電気コネクタ接続部810に接続可能とされたものである。
光コネクタ接続部720には、光ファイバーケーブル600の光コネクタ620が接続可能である。
図6に示す接続状態において以下のとおりシステムが稼働する。
光電アダプタ500は、電気コネクタ510を介して電気機器400から電力の供給を受けて駆動し、上述の第1のデータ通信装置100と同様に機能して給電光を生成し、当該給電光を光コネクタ接続部520から出力する。
光コネクタ接続部520から出力された給電光は、光ファイバーケーブル600を介して伝送され、受電側の光電アダプタ700の光コネクタ接続部720に入力される。
受電側の光電アダプタ700は、光コネクタ接続部720から給電光の供給を受けて当該給電光を、上述の第2のデータ通信装置300と同様に機能して電力に変換し、当該電力を電気コネクタ710から出力する。
電気コネクタ710から出力される電力が電気コネクタ接続部810を介し電気機器800に入力される。
以上のようにして電気機器800は電力供給を受けることができ、電気機器400と電気機器800との間に光給電システムを導入することができる。
光電アダプタ500は、電気機器400から電気コネクタ510を介して入力された電気信号を、上述の第1のデータ通信装置100と同様に機能して信号光に変換して光コネクタ接続部520から光ファイバーケーブル600に出力する。
また、光電アダプタ500は、光ファイバーケーブル600を介して伝送され光コネクタ接続部520から入力された信号光を、上述の第1のデータ通信装置100と同様に機能して電気信号に変換して電気コネクタ510から電気機器400に出力する。
光電アダプタ700は、電気機器800から電気コネクタ710を介して入力された電気信号を、上述の第2のデータ通信装置300と同様に機能して信号光に変換して光コネクタ接続部720から光ファイバーケーブル600に出力する。
また、光電アダプタ700は、光ファイバーケーブル600を介して伝送され光コネクタ接続部720から入力された信号光を、上述の第2のデータ通信装置300と同様に機能して電気信号に変換して電気コネクタ710から電気機器800に出力する。
以上により、電気機器400と電気機器800との双方向通信が可能とされる。
次に、電気入出力可能な光伝送ケーブルを用いた電気機器の接続につき図7及び図8を参照して説明する。
図7に接続前のシステム構成を示す。
上記(2)で説明したシステムにあっては、光ファイバーケーブル600と光電アダプタ500、700を別々にした。
図7に示す電気入出力可能な光伝送ケーブル900は、上記(2)で説明した光ファイバーケーブル600の一端に光電アダプタ500を固定し、他端に光電アダプタ700を固定し、接続、離脱機構を排したものに相当する。
また、電気入出力可能な光伝送ケーブル900は、一端910に、当該一端910の電気コネクタ510を介して入力された電力によりレーザー発振して給電光を光ファイバー901に出力する半導体レーザーを含む給電装置を有するものである。
さらに、電気入出力可能な光伝送ケーブル900は、他端920に、光ファイバー901を介して伝送された給電光を電力に変換する光電変換素子を含み、当該電力を当該他端920の電気コネクタ710から出力する受電装置を有するものである。
また、電気入出力可能な光伝送ケーブル900は、他端920の電気コネクタ710を介して入力された電気信号を、一旦、信号光に変換して光ファイバー901を介して伝送し、再び電気信号に変換して一端910の電気コネクタ510から出力する。
以上のようにして、上記(2)のシステムと同様に機能する。
上記(2)のシステムに比較して本システムによれば、システム構成が簡素化するとともに、光コネクタを排することができる。すなわち、接続・乖離する電気接続点は残るが、光伝送の途中における接続・乖離する光伝送接続点を排することができている。電気接続点は、振動等の外乱を受けても電極端子のバネ弾性により接続の安定性を確保できる。一方、光伝送接続点において光伝送路の軸ずれなどが起こると、伝送ロスが生じるおそれがある。
また、光コネクタを設けた場合には、光伝送接続点における光の出射面、受光面に汚れが付き、光伝送効率が落ちるおそれあるが、電気入出力可能な光伝送ケーブル900を用いた場合、このようなおそれは払拭される。
したがって、電気入出力可能な光伝送ケーブル900を用いた場合、接続・乖離する接続点が電気接続点のみとなり、信号伝達の信頼性、給電効率を高く保持できる。
一方、上記(2)のシステムにあっては、既存の光ファイバーケーブルを利用することができ、低コストに光給電システムを導入することができる。
なお、光ファイバーを使うことで、耐雷、耐干渉、ノイズ対策を図ることができる。
1 光ファイバー給電システム(光給電システム)
1B 光ファイバー給電システム(光給電システム)
100 第1のデータ通信装置
110 給電装置
111 給電用半導体レーザー
112 給電光
120 発信部
125 信号光
130 受信部
140 光入出力部
141 光コネクタ
200A 光ファイバーケーブル
200 光ファイバーケーブル
200B 光ファイバーケーブル
210 コア
220 クラッド
250A 光ファイバー
250 光ファイバー
260 光ファイバー
270 光ファイバー
300 第2のデータ通信装置
310 受電装置
311 光電変換素子
320 発信部
325 信号光
330 受信部
350 光入出力部
351 光コネクタ
500 光電アダプタ
700 光電アダプタ
900 電気入出力可能な光伝送ケーブル
Claims (9)
- 電力によりレーザー発振して給電光を出力する半導体レーザーを含む給電装置と、
光コネクタが接続可能とされた光コネクタ接続部と、
電気機器の電気コネクタ接続部に接続可能とされた電気コネクタと、を有し、
前記給電装置は、前記電気コネクタを介して前記電気機器から前記電力の供給を受けて駆動し、給電光を前記光コネクタ接続部から出力する光電アダプタ。 - 前記半導体レーザーの光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、レーザー波長500nm以下のレーザー媒体とされた請求項1に記載の光電アダプタ。
- 前記電気機器から前記電気コネクタを介して入力された電気信号を信号光に変換して前記光コネクタ接続部から出力し、
前記光コネクタ接続部から入力された信号光を電気信号に変換して前記電気コネクタから出力する請求項1又は請求項2に記載の光電アダプタ。 - 給電光を電力に変換する光電変換素子を含む受電装置と、
光コネクタが接続可能とされた光コネクタ接続部と、
電気機器の電気コネクタ接続部に接続可能とされた電気コネクタと、を有し、
前記受電装置は、前記光コネクタ接続部から給電光の供給を受けて当該給電光を電力に変換し、当該電力を前記電気コネクタから出力する光電アダプタ。 - 前記光電変換素子の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、レーザー波長500nm以下のレーザー媒体とされた請求項4に記載の光電アダプタ。
- 前記電気機器から前記電気コネクタを介して入力された電気信号を信号光に変換して前記光コネクタ接続部から出力し、
前記光コネクタ接続部から入力された信号光を電気信号に変換して前記電気コネクタから出力する請求項4又は請求項5に記載の光電アダプタ。 - 両端にそれぞれ電気コネクタを有し、中間に光ファイバーを有し、
一端に、当該一端の電気コネクタを介して入力された電力によりレーザー発振して給電光を前記光ファイバーに出力する半導体レーザーを含む給電装置を有し、
他端に、前記光ファイバーを介して伝送された給電光を電力に変換する光電変換素子を含み、当該電力を当該他端の電気コネクタから出力する受電装置を有する電気入出力可能な光伝送ケーブル。 - 前記半導体レーザーの光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、レーザー波長500nm以下のレーザー媒体とされ、
前記光電変換素子の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、レーザー波長500nm以下のレーザー媒体とされた請求項7に記載の電気入出力可能な光伝送ケーブル。 - 前記一端の電気コネクタを介して入力された電気信号を、一旦、信号光に変換して前記光ファイバーを介して伝送し、再び電気信号に変換して前記他端の電気コネクタから出力し、
前記他端の電気コネクタを介して入力された電気信号を、一旦、信号光に変換して前記光ファイバーを介して伝送し、再び電気信号に変換して前記一端の電気コネクタから出力する請求項7又は請求項8に記載の電気入出力可能な光伝送ケーブル。
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