JP2021027474A - 光ファイバー給電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】光給電効率の向上を図る。【解決手段】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１１０と、給電光を電力に変換する光電変換素子３１１を含む受電装置３１０と、給電光を伝送する複数の光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇと、複数の光ファイバーケーブルを選択的に接続する複数の光スイッチ４１０とを備え、複数の光ファイバーケーブルと複数の光スイッチとにより、少なくとも二以上の給電光の伝送経路が構成可能であり、給電光の伝送系路に生じた伝送不良箇所からの給電光の反射光を検出する検出部１５１、１５２と、検出部が検出した反射光から伝送不良箇所までの距離を求め、当該伝送不良箇所を迂回する他の給電光の伝送系路を構成するように複数の光スイッチを制御する制御装置１５３とを備えている。【選択図】図６
Description
本開示は、光ファイバー給電システムに関する。
近時、電力を光（給電光と呼ばれる）に変換して伝送し、当該給電光を電気エネルギーに変換して電力として利用する光給電システムが研究されている。
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。
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。
光給電においては、より一層の光給電効率の向上が求められている。そのための一つとして、給電側及び受電側における光電変換効率の向上が求められている。
本開示の１つの態様の光ファイバー給電システムは、
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、
前記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、
前記給電光を伝送する複数の光ファイバーケーブルと、
複数の前記光ファイバーケーブルを選択的に接続する複数の光スイッチとを備え、
複数の前記光ファイバーケーブルと複数の前記光スイッチとにより、少なくとも二以上の前記給電光の伝送経路が構成可能であり、
前記給電光の伝送系路に生じた伝送不良箇所からの前記給電光の反射光を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光から前記伝送不良箇所までの距離を求め、当該伝送不良箇所を迂回する他の前記給電光の伝送系路を構成するように複数の前記光スイッチを制御する制御装置と、を備えている。
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、
前記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、
前記給電光を伝送する複数の光ファイバーケーブルと、
複数の前記光ファイバーケーブルを選択的に接続する複数の光スイッチとを備え、
複数の前記光ファイバーケーブルと複数の前記光スイッチとにより、少なくとも二以上の前記給電光の伝送経路が構成可能であり、
前記給電光の伝送系路に生じた伝送不良箇所からの前記給電光の反射光を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光から前記伝送不良箇所までの距離を求め、当該伝送不良箇所を迂回する他の前記給電光の伝送系路を構成するように複数の前記光スイッチを制御する制御装置と、を備えている。
本開示の１つの態様の光ファイバー給電システムによれば、光給電効率の向上を図ることが可能となる。
以下に本開示の一実施形態につき図面を参照して説明する。
（１）システム概要
〔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。
〔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。
給電装置１１０は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１等が電気駆動される。
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。
光ファイバーケーブル２００Ａは、一端２０１Ａが給電装置１１０に接続可能とされ、他端２０２Ａが受電装置３１０に接続可能とされ、給電光１１２を伝送する。
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。
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。
光電変換素子３１１は、光ファイバーケーブル２００Ａを通して伝送されてきた給電光１１２を電力に変換する。光電変換素子３１１により変換された電力が、受電装置３１０内で必要な駆動電力とされる。さらに受電装置３１０は光電変換素子３１１により変換された電力を外部機器用に出力可能とされる。
給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１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５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体とされる。
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。
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。
〔第２実施形態〕
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光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。
なお、以下の説明では、原則として、既に説明された構成については同一の符号を付して、特に言及がない場合には既に説明された構成と同一の構成とする。
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(DTE(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。
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光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。
なお、以下の説明では、原則として、既に説明された構成については同一の符号を付して、特に言及がない場合には既に説明された構成と同一の構成とする。
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(DTE(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。
光ファイバーケーブル２００は、信号光の伝送路を形成するコア２１０と、コア２１０の外周に配置され、給電光の伝送路を形成するクラッド２２０と有する光ファイバー２５０を含む。
受電装置３１０は、光電変換素子３１１を含む。第２のデータ通信装置３００は、受電装置３１０のほか、発信部３２０と、受信部３３０と、データ処理ユニット３４０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、パワーエンドステーション(Power End Station)
等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。受信部３３０は、信号用フォトダイオード３３１を含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、通信ネットワークにおけるノードである。または第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。
等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。受信部３３０は、信号用フォトダイオード３３１を含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、通信ネットワークにおけるノードである。または第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。
第１のデータ通信装置１００は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１、信号用半導体レーザー１２１と、モジュレーター１２２、信号用フォトダイオード１３１等が電気駆動される。また、第１のデータ通信装置１００は、通信ネットワークにおけるノードである。または第１のデータ通信装置１００は、他のノードと通信するノードでもよい。
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。
光電変換素子３１１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた給電光１１２を電力に変換する。光電変換素子３１１により変換された電力は、発信部３２０、受信部３３０及びデータ処理ユニット３４０の駆動電力、その他の第２のデータ通信装置３００内で必要となる駆動電力とされる。さらに第２のデータ通信装置３００は、光電変換素子３１１により変換された電力を外部機器用に出力可能とされていてもよい。
一方、発信部１２０のモジュレーター１２２は、信号用半導体レーザー１２１からのレーザー光１２３を送信データ１２４に基づき変調して信号光１２５として出力する。
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のデータが送信データ１２４とされる。
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のデータが送信データ１２４とされる。
第１のデータ通信装置１００からの給電光１１２及び信号光１２５が、光ファイバーケーブル２００の一端２０１に入力され、給電光１１２はクラッド２２０を伝搬し、信号光１２５はコア２１０を伝搬し、他端２０２から第２のデータ通信装置３００に出力される。
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。
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。
なお、図３に示すように第１のデータ通信装置１００に光入出力部１４０とこれに付設された光コネクタ１４１が設けられる。また、第２のデータ通信装置３００に光入出力部３５０とこれに付設された光コネクタ３５１が設けられる。光ファイバーケーブル２００の一端２０１に設けられた光コネクタ２３０が光コネクタ１４１に接続する。光ファイバーケーブル２００の他端２０２に設けられた光コネクタ２４０が光コネクタ３５１に接続する。光入出力部１４０は、給電光１１２をクラッド２２０に導光し、信号光１２５をコア２１０に導光し、信号光３２５を受信部１３０に導光する。光入出力部３５０は、給電光１１２を受電装置３１０に導光し、信号光１２５を受信部３３０に導光し、信号光３２５をコア２１０に導光する。
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。
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。
給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１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としては上記第１実施形態と同様のものが適用され、高い光給電効率が実現される。
なお、図４に示す光ファイバー給電システム１Ｂの光ファイバーケーブル２００Ｂのように、信号光を伝送する光ファイバー２６０と、給電光を伝送する光ファイバー２７０とを別々に設けてもよい。光ファイバーケーブル２００Ｂも複数本で構成してもよい。
（２）伝送不良を検出する構成について
［伝送不良検出機能を有する構成例］
次に、給電光の伝送不良を検出する構成について図面を参照して説明する。
図５は前述した光ファイバー給電システム１において、給電光の伝送不良を検出する機能を有する構成例を示し、図６は当該構成例における伝送不良発生時の状態を示している。
［伝送不良検出機能を有する構成例］
次に、給電光の伝送不良を検出する構成について図面を参照して説明する。
図５は前述した光ファイバー給電システム１において、給電光の伝送不良を検出する機能を有する構成例を示し、図６は当該構成例における伝送不良発生時の状態を示している。
この伝送不良検出機能を有する構成例における光ファイバー給電システム１では、給電光１１２の伝送経路を複数本の光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇで構成し、各光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇを、給電用の光スイッチ４１０を含む複数の接続装置４００ａ〜４００ｄにより選択可能に接続している。
上記光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇは、その配置以外については同一の構成なので、これらを区別して説明する必要がない場合には、「光ファイバーケーブル２００」と略記する（図８参照）。
また、同様に、上記接続装置４００ａ〜４００ｄも配置以外は同一の構成なので、これらを区別して説明する必要がない場合には、「接続装置４００」と略記する（図８参照）。
なお、この伝送不良検出機能を有する構成例では、第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００との間を少なくとも二以上の伝送経路で接続できれば良い。従って、この構成例では、七本の光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇを四基の接続装置４００ａ〜４００ｄで接続する構成を例示しているが、光ファイバーケーブル２００及び接続装置４００の個数は増減可能である。
また、同様に、上記接続装置４００ａ〜４００ｄも配置以外は同一の構成なので、これらを区別して説明する必要がない場合には、「接続装置４００」と略記する（図８参照）。
なお、この伝送不良検出機能を有する構成例では、第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００との間を少なくとも二以上の伝送経路で接続できれば良い。従って、この構成例では、七本の光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇを四基の接続装置４００ａ〜４００ｄで接続する構成を例示しているが、光ファイバーケーブル２００及び接続装置４００の個数は増減可能である。
第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００との間には、四本の光ファイバーケーブル２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄが三つの接続装置４００ａ，４００ｂ，４００ｃを介して直列接続状態で配置されている。
全ての光スイッチ４１０は、光ファイバーケーブル２００のクラッド２２０の端部を接続するポートを三つ備えており、三つのポートの内の二つのポートを選択的に光の伝送が可能となるように接続することができる。
全ての光スイッチ４１０は、光ファイバーケーブル２００のクラッド２２０の端部を接続するポートを三つ備えており、三つのポートの内の二つのポートを選択的に光の伝送が可能となるように接続することができる。
各接続装置４００ａ，４００ｂ，４００ｃの光スイッチ４１０は、それぞれ二つのポートを使用して四本の光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｄの直列接続を行っている。さらに、各接続装置４００ａ，４００ｂ，４００ｃの光スイッチ４１０の残りの一つのポートには、それぞれ他の光ファイバーケーブル２００ｅ〜２００ｇの一端部が接続されており、これら三本の光ファイバーケーブル２００ｅ〜２００ｇの他端部は、接続装置４００ｄの光スイッチ４１０の三つのポートに個別に接続されている。
第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００の間にこのような接続構成を構築したことにより、例えば、第１のデータ通信装置１００から第２のデータ通信装置３００への給電光１１２の伝送は、光ファイバーケーブル２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄからなる第一の伝送経路と、光ファイバーケーブル２００ａ，２００ｅ，２００ｇ，２００ｃ，２００ｄからなる第二の伝送経路と、光ファイバーケーブル２００ａ，２００ｂ，２００ｇ，２００ｆ，２００ｄからなる第三の伝送経路と、光ファイバーケーブル２００ａ，２００ｅ，２００ｆ，２００ｄからなる第四の伝送経路のいずれかを選択的に構成することができる。
従って、伝送不良検出機能を有する構成例における光ファイバー給電システム１では、図６に示すように、例えば、いずれかの光ファイバーケーブル２００で伝送不良が生じた場合に（図６では光ファイバーケーブル２００ｃを例示）、伝送不良を迂回した別の伝送経路を利用して給電光１１２の伝送を行うことができる（図６では第四の伝送経路を例示）。
上記伝送不良検出機能を有する構成例における光ファイバー給電システム１の第１のデータ通信装置１００は、図７に示すように、給電光１１２の反射光１１２Ｒを検出し、伝送不良箇所を迂回する伝送経路が構成されるように各光スイッチ４１０に指令を出力するための構成が付加されている。
即ち、第１のデータ通信装置１００は、給電用半導体レーザー１１１からの給電光１１２が入射する光ファイバーケーブル２００ａのクラッド２２０の一端部から伝送不良箇所で反射した給電光１１２の反射光１１２Ｒを取り出すビームスプリッター１５１と、ビームスプリッター１５１によって取り出された反射光１１２Ｒを受光する光電変換素子１５２と、光電変換素子１５２の検出に基づいて各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０のポート接続状態（三つのポートのいずれといずれを接続するか）を切り替える指令を出力する制御装置１５３とを備えている。
即ち、第１のデータ通信装置１００は、給電用半導体レーザー１１１からの給電光１１２が入射する光ファイバーケーブル２００ａのクラッド２２０の一端部から伝送不良箇所で反射した給電光１１２の反射光１１２Ｒを取り出すビームスプリッター１５１と、ビームスプリッター１５１によって取り出された反射光１１２Ｒを受光する光電変換素子１５２と、光電変換素子１５２の検出に基づいて各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０のポート接続状態（三つのポートのいずれといずれを接続するか）を切り替える指令を出力する制御装置１５３とを備えている。
ビームスプリッター１５１は、給電用半導体レーザー１１１と光ファイバーケーブル２００ａの間に配置され、給電用半導体レーザー１１１から光ファイバーケーブル２００ａに向かう給電光１１２を透過し、光ファイバーケーブル２００ａから給電用半導体レーザー１１１に向かう伝送不良箇所からの反射光１１２Ｒを光電変換素子１５２側に反射する。
光電変換素子１５２は、ビームスプリッター１５１が反射光１１２Ｒを反射する方向に対向するように配置されており、入射した反射光１１２Ｒの光強度を検出する。
ビームスプリッター１５１と光電変換素子１５２は、給電光１１２の伝送系路に生じた伝送不良箇所からの給電光１１２の反射光１１２Ｒを検出する検出部を構成している。
光電変換素子１５２は、ビームスプリッター１５１が反射光１１２Ｒを反射する方向に対向するように配置されており、入射した反射光１１２Ｒの光強度を検出する。
ビームスプリッター１５１と光電変換素子１５２は、給電光１１２の伝送系路に生じた伝送不良箇所からの給電光１１２の反射光１１２Ｒを検出する検出部を構成している。
制御装置１５３は、光電変換素子１５２の検出信号により伝送不良の発生及び伝送不良箇所までの距離を検出する処理と、検出した伝送不良箇所までの距離により伝送不良箇所を迂回する伝送経路を特定し、特定した伝送経路により給電光１１２が伝送されるように各光スイッチ４１０の接続を切り替える指令を出力する処理とを実施する。
制御装置１５３は、マイクロコンピュータから構成されてもよいし、アナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
制御装置１５３は、マイクロコンピュータから構成されてもよいし、アナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
給電光１１２が適正に第２のデータ通信装置３００の光電変換素子３１１に受光されている場合の反射光１１２Ｒの光強度は低くなる。これに対して、伝送経路の途中で伝送不良が生じた場合には、伝送不良箇所での給電光１１２の反射が生じるので、その反射光１１２Ｒの光強度は高くなる。
従って、制御装置１５３は、光電変換素子１５２の検出光強度の閾値を記憶する図示しないメモリを備え、検出光強度が記憶された閾値を超えるか否かによって伝送不良の発生を検知する。
従って、制御装置１５３は、光電変換素子１５２の検出光強度の閾値を記憶する図示しないメモリを備え、検出光強度が記憶された閾値を超えるか否かによって伝送不良の発生を検知する。
さらに、制御装置１５３は、光電変換素子１５２の出力により、給電光１１２の出射から反射光１１２Ｒの入射までの経過時間から、第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離を算出することができる。或いは、制御装置１５３は、光電変換素子１５２の出力により、給電光１１２と反射光１１２Ｒと位相差から、第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離を算出する構成としても良い。
前述したように、伝送不良検出機能を有する構成例における光ファイバー給電システム１では、第一〜第四の伝送経路を選択的に構成することができ、制御装置１５３は、第一〜第四の伝送経路を構成するために各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に対して所定のポート接続状態を指令出力する。
また、制御装置１５３は、より短い伝送経路を選択する。例えば、伝送不良が発生していない時には、単純に最も伝送距離が短くなる伝送経路（例えば、第一の伝送経路）を構成するようにポート接続状態を指令出力する。また、伝送不良が発生した時には、伝送不良箇所を迂回する伝送経路の中で最も伝送距離が短くなる伝送経路（例えば、第四の伝送経路）を構成するようにポート接続状態を指令出力する。このため、制御装置１５３は、第一〜第四の伝送経路のそれぞれの伝送距離を記憶している。また、第一〜第四の伝送経路の優先順位を予め決めておいてもよい。
また、制御装置１５３は、現在、第一〜第四の伝送経路のいずれが構成されているかを常に記憶しているので、第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離が求まると、いずれの伝送経路のどの位置で伝送不良が発生しているかを判断することができる。これにより、いずれの光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇで伝送不良が発生しているかを特定することができる。
また、制御装置１５３は、より短い伝送経路を選択する。例えば、伝送不良が発生していない時には、単純に最も伝送距離が短くなる伝送経路（例えば、第一の伝送経路）を構成するようにポート接続状態を指令出力する。また、伝送不良が発生した時には、伝送不良箇所を迂回する伝送経路の中で最も伝送距離が短くなる伝送経路（例えば、第四の伝送経路）を構成するようにポート接続状態を指令出力する。このため、制御装置１５３は、第一〜第四の伝送経路のそれぞれの伝送距離を記憶している。また、第一〜第四の伝送経路の優先順位を予め決めておいてもよい。
また、制御装置１５３は、現在、第一〜第四の伝送経路のいずれが構成されているかを常に記憶しているので、第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離が求まると、いずれの伝送経路のどの位置で伝送不良が発生しているかを判断することができる。これにより、いずれの光ファイバーケーブル２００ａ〜２００ｇで伝送不良が発生しているかを特定することができる。
さらに、制御装置１５３は、第一〜第四の伝送経路の中から伝送不良が発生している光ファイバーケーブル２００を含まない伝送経路を選択する。そして、制御装置１５３は、選択した伝送経路が構成されるように、各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に対して適正なポート接続状態を個別に指令する。
各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に対するポート接続状態の指令は、電気信号を送信可能な通信ケーブルを各光スイッチ４１０に接続して送信しても良い。
但し、ここでは、各光スイッチ４１０に対するポート接続状態の指令を、発信部１２０から出力される信号光１２５に含ませて、各光ファイバーケーブル２００のコア２１０を通じて各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に伝搬させる構成を例示する。
各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に対するポート接続状態の指令は、電気信号を送信可能な通信ケーブルを各光スイッチ４１０に接続して送信しても良い。
但し、ここでは、各光スイッチ４１０に対するポート接続状態の指令を、発信部１２０から出力される信号光１２５に含ませて、各光ファイバーケーブル２００のコア２１０を通じて各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に伝搬させる構成を例示する。
制御装置１５３は、発信部１２０のモジュレーター１２２を制御して、信号用半導体レーザー１２１からのレーザー光１２３を各光スイッチ４１０に対するポート接続状態の指令に基づき変調して信号光１２５として出力する。
このとき、いずれの接続装置４００ａ〜４００ｄに対する指令であるかを示す送信先情報とポート接続状態を示す制御情報とが含まれるように変調して信号光１２５を出力させる。これにより、第２のデータ通信装置３００及び各接続装置４００は、第２のデータ通信装置３００又は他のノードに対する送信情報と各光スイッチ４１０に対する指令とを識別することができ、第２のデータ通信装置３００と各接続装置４００に対して適正な通信を行うことができる。
このとき、いずれの接続装置４００ａ〜４００ｄに対する指令であるかを示す送信先情報とポート接続状態を示す制御情報とが含まれるように変調して信号光１２５を出力させる。これにより、第２のデータ通信装置３００及び各接続装置４００は、第２のデータ通信装置３００又は他のノードに対する送信情報と各光スイッチ４１０に対する指令とを識別することができ、第２のデータ通信装置３００と各接続装置４００に対して適正な通信を行うことができる。
図８は各接続装置４００の構成を示すブロック図である。
各接続装置４００は、給電光１１２の光経路を切り替える前述した給電用の光スイッチ４１０と、信号光１２５，３２５の光経路を切り替える信号用の光スイッチ４２０と、光ファイバーケーブル２００の端部から信号光１２５の一部を取り出すビームスプリッター４３１と、ビームスプリッター４３１によって取り出された一部の信号光１２５を受光する信号用フォトダイオード４３２と、信号用フォトダイオード４３２の検出に基づいて光スイッチ４１０，４２０のポート接続状態（三つのポートのいずれといずれを接続するか）を切り替える制御を行う制御装置４３３とを備えている。
各接続装置４００は、給電光１１２の光経路を切り替える前述した給電用の光スイッチ４１０と、信号光１２５，３２５の光経路を切り替える信号用の光スイッチ４２０と、光ファイバーケーブル２００の端部から信号光１２５の一部を取り出すビームスプリッター４３１と、ビームスプリッター４３１によって取り出された一部の信号光１２５を受光する信号用フォトダイオード４３２と、信号用フォトダイオード４３２の検出に基づいて光スイッチ４１０，４２０のポート接続状態（三つのポートのいずれといずれを接続するか）を切り替える制御を行う制御装置４３３とを備えている。
ビームスプリッター４３１は、光ファイバーケーブル２００のコアを伝搬される信号光１２５，３２５が透過するように配置されている。そして、ビームスプリッター４３１から光ファイバーケーブル２００に向かう信号光３２５を透過し、光ファイバーケーブル２００からビームスプリッター４３１に向かう信号光１２５の一部を信号用フォトダイオード側に反射し、残る一部を透過する。ビームスプリッター４３１の反射率は、反射した信号光１２５に含まれる情報を信号用フォトダイオード４３２で読み取ることが可能な最小限の範囲以上であれば良い。
信号用フォトダイオード４３２は、ビームスプリッター４３１が信号光１２５を反射する方向に対向するように配置されており、入射した信号光１２５を電気信号に復調し出力する。
制御装置４３３は、信号用フォトダイオード４３２から出力された電気信号が前述した送信先情報と制御情報とを含んでいる場合にこれらを読み取る。そして、送信先情報が示す送信先が自身の接続装置４００であるか他の接続装置４００であるかを判定し、自身である場合には、制御情報に含まれるポート接続状態となるように、給電用の光スイッチ４１０及び信号用の光スイッチ４２０の切り替えを行う。
また、制御装置４３３は、信号用フォトダイオード４３２から出力された電気信号が送信先情報と制御情報とを含んでいない場合又は送信先情報が示す送信先が他の接続装置４００である場合には、現在のポート接続状態を維持する。
制御装置４３３は、マイクロコンピュータから構成されてもよいし、アナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
また、制御装置４３３は、信号用フォトダイオード４３２から出力された電気信号が送信先情報と制御情報とを含んでいない場合又は送信先情報が示す送信先が他の接続装置４００である場合には、現在のポート接続状態を維持する。
制御装置４３３は、マイクロコンピュータから構成されてもよいし、アナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
信号用の光スイッチ４２０は、給電用の光スイッチ４１０と同様に、光ファイバーケーブル２００のコア２１０の端部を接続するポートを三つ備えており、三つのポートの内の二つのポートを選択的に光の伝送が可能となるように接続することができる。
なお、給電用の光スイッチ４１０と信号用の光スイッチ４２０とは、いずれも同じ光ファイバーケーブル２００同士を接続するように制御装置４３３に制御される。
また、接続装置４００には、給電光１１２の一部を受光する光電変換素子を設けて、当該接続装置４００の各構成に電源供給を行う構成を付加しても良い。これにより、各接続装置４００には電源を不要とすることができる。
なお、給電用の光スイッチ４１０と信号用の光スイッチ４２０とは、いずれも同じ光ファイバーケーブル２００同士を接続するように制御装置４３３に制御される。
また、接続装置４００には、給電光１１２の一部を受光する光電変換素子を設けて、当該接続装置４００の各構成に電源供給を行う構成を付加しても良い。これにより、各接続装置４００には電源を不要とすることができる。
図９は第１のデータ通信装置１００の制御装置１５３が実行する給電光１１２の伝送不良の検出時の処理を示すフローチャートである。
図示のように、制御装置１５３は、給電時において、光電変換素子１５２が受光する給電光１１２の反射光１１２Ｒの検出光強度を予め記憶された閾値と比較する（ステップＳ１）。そして、反射光１１２Ｒの検出光強度が閾値を超えていない場合には、閾値との比較を繰り返し実行する。
一方、反射光１１２Ｒの検出光強度が閾値を超えた場合には、制御装置１５３は、伝送不良が発生したものと判断して、光電変換素子１５２の出力から、第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離を算出する（ステップＳ２）。
図示のように、制御装置１５３は、給電時において、光電変換素子１５２が受光する給電光１１２の反射光１１２Ｒの検出光強度を予め記憶された閾値と比較する（ステップＳ１）。そして、反射光１１２Ｒの検出光強度が閾値を超えていない場合には、閾値との比較を繰り返し実行する。
一方、反射光１１２Ｒの検出光強度が閾値を超えた場合には、制御装置１５３は、伝送不良が発生したものと判断して、光電変換素子１５２の出力から、第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離を算出する（ステップＳ２）。
そして、制御装置１５３は、各接続装置４００の光スイッチ４１０に対して最後に出力したポート接続状態を切り替える指令を記憶しており、現在の伝送経路が第一〜第四の伝送経路のいずれを構成しているかを特定することができる。さらに、ステップＳ２で算出された第１のデータ通信装置１００から伝送不良箇所までの距離により、現在の伝送経路上のいずれの位置（いずれの光ファイバーケーブル２００）で伝送不良が生じているかを特定する（ステップＳ３）。
制御装置１５３は、第一〜第四の伝送経路の中から、特定された伝送不良箇所の位置を迂回することが可能な伝送経路を選択して決定する（ステップＳ４）。
そして、選択された伝送経路が構成されるように、各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に対して、送信先情報と制御情報を含むポート接続状態の指令を発信部１２０の信号光１２５に含ませて送信して（ステップＳ５）、処理を終了する。
なお、上記ステップＳ１〜Ｓ５の処理は、短周期的に繰り返し実行する。
そして、選択された伝送経路が構成されるように、各接続装置４００ａ〜４００ｄの光スイッチ４１０に対して、送信先情報と制御情報を含むポート接続状態の指令を発信部１２０の信号光１２５に含ませて送信して（ステップＳ５）、処理を終了する。
なお、上記ステップＳ１〜Ｓ５の処理は、短周期的に繰り返し実行する。
これにより、各接続装置４００ａ〜４００ｄは、信号用フォトダイオード４３２にて信号光１２５を受光し、電気信号に復調して、送信先情報及び制御情報を読み取る。
そして、各接続装置４００ａ〜４００ｄは、各々の光スイッチ４１０のポート接続状態を適宜切り替える制御を行い、伝送不良箇所の位置を迂回することが可能な伝送経路を構成する。
そして、各接続装置４００ａ〜４００ｄは、各々の光スイッチ４１０のポート接続状態を適宜切り替える制御を行い、伝送不良箇所の位置を迂回することが可能な伝送経路を構成する。
このように、伝送不良検出機能を有する構成例の光ファイバー給電システム１では、給電光１１２の反射光１１２Ｒから伝送不良箇所までの距離を求め、当該伝送不良箇所を迂回する他の給電光１１２の伝送系路を構成するように複数の接続装置４００の光スイッチ４１０を制御している。
このため、ある給電光の伝送経路で伝送不良が発生した場合でも迂回して新たな伝送経路で給電光１１２を伝送することができる。
これにより、伝送不良箇所によって給電光１１２が伝送できない状態が生じても、速やかに回復することができ、より高い効率で電力を供給することが可能となる。
このため、ある給電光の伝送経路で伝送不良が発生した場合でも迂回して新たな伝送経路で給電光１１２を伝送することができる。
これにより、伝送不良箇所によって給電光１１２が伝送できない状態が生じても、速やかに回復することができ、より高い効率で電力を供給することが可能となる。
また、上記光ファイバー給電システム１では、光ファイバーケーブル２００を通じて信号光１２５により複数の接続装置４００の光スイッチ４１０を制御する構成とすることにより、光ファイバー給電システム１が備える通信機能を利用して、各光スイッチ４１０を制御することが可能となる。従って、システムの複雑化を回避し、少ない資源でシステムを構築することが可能となる。
また、上記光ファイバー給電システム１では、制御装置１５３が、給電光の伝送系路について、より伝送距離が短いものを優先的に構成するように複数の光スイッチ４１０を制御するので、給電光１１２の伝送損失を最小限に押さえることが可能となる。
以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
例えば、図５〜図９では、伝送不良検出機能を有する構成を光ファイバー給電システム１に適用した例を示しているが、これらと同じように、伝送不良検出機能を有する構成を光ファイバー給電システム１Ｂにも適用することが可能である。
また、図５〜図９では、伝送不良検出機能を有する構成を、一つの第１のデータ通信装置１００から一つの第２のデータ通信装置３００に給電を行う光ファイバー給電システム１に適用した例を示しているが、これに限られない。
例えば、一つの第１のデータ通信装置１００から複数の第２のデータ通信装置３００に給電を行う光ファイバー給電システムに適用しても良い。その場合、第１のデータ通信装置１００から複数の第２のデータ通信装置３００に対して分岐して給電光１１２の伝送経路が構成されるので、一つの第２のデータ通信装置３００に対する給電光１１２の伝送経路に伝送不良箇所が発生した場合でも、他の第２のデータ通信装置３００に対する給電光１１２の伝送経路を迂回させることができ、迂回させるための専用の伝送経路を用意する必要がなくなり、構成の簡易化、省資源化を図ることが可能である。
例えば、一つの第１のデータ通信装置１００から複数の第２のデータ通信装置３００に給電を行う光ファイバー給電システムに適用しても良い。その場合、第１のデータ通信装置１００から複数の第２のデータ通信装置３００に対して分岐して給電光１１２の伝送経路が構成されるので、一つの第２のデータ通信装置３００に対する給電光１１２の伝送経路に伝送不良箇所が発生した場合でも、他の第２のデータ通信装置３００に対する給電光１１２の伝送経路を迂回させることができ、迂回させるための専用の伝送経路を用意する必要がなくなり、構成の簡易化、省資源化を図ることが可能である。
１，１Ａ，１Ｂ 光ファイバー給電システム
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
１１２Ｒ 反射光
１２０ 発信部
１２１ 信号用半導体レーザー
１２２ モジュレーター
１２３ レーザー光
１２４ 送信データ
１２５ 信号光
１３０ 受信部
１３１ 信号用フォトダイオード
１４０ 光入出力部
１４１ 光コネクタ
１５１ ビームスプリッター（検出部）
１５２ 光電変換素子（検出部）
１５３ 制御装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００ａ〜２００ｇ 光ファイバーケーブル
２１０ コア
２２０ クラッド
２３０，２４０ 光コネクタ
２５０，２５０Ａ，２６０，２７０ 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
３２１ 信号用半導体レーザー
３２２ モジュレーター
３２３ レーザー光
３２４ 送信データ
３２５ 信号光
３３０ 受信部
３３１ 信号用フォトダイオード
３４０ データ処理ユニット
３５０ 光入出力部
３５１ 光コネクタ
４００，４００ａ〜４００ｄ 接続装置
４１０，４２０ 光スイッチ
４３１ ビームスプリッター
４３２ 信号用フォトダイオード
４３３ 制御装置
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
１１２Ｒ 反射光
１２０ 発信部
１２１ 信号用半導体レーザー
１２２ モジュレーター
１２３ レーザー光
１２４ 送信データ
１２５ 信号光
１３０ 受信部
１３１ 信号用フォトダイオード
１４０ 光入出力部
１４１ 光コネクタ
１５１ ビームスプリッター（検出部）
１５２ 光電変換素子（検出部）
１５３ 制御装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００ａ〜２００ｇ 光ファイバーケーブル
２１０ コア
２２０ クラッド
２３０，２４０ 光コネクタ
２５０，２５０Ａ，２６０，２７０ 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
３２１ 信号用半導体レーザー
３２２ モジュレーター
３２３ レーザー光
３２４ 送信データ
３２５ 信号光
３３０ 受信部
３３１ 信号用フォトダイオード
３４０ データ処理ユニット
３５０ 光入出力部
３５１ 光コネクタ
４００，４００ａ〜４００ｄ 接続装置
４１０，４２０ 光スイッチ
４３１ ビームスプリッター
４３２ 信号用フォトダイオード
４３３ 制御装置
Claims (5)
- 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、
前記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、
前記給電光を伝送する複数の光ファイバーケーブルと、
複数の前記光ファイバーケーブルを選択的に接続する複数の光スイッチとを備え、
複数の前記光ファイバーケーブルと複数の前記光スイッチとにより、少なくとも二以上の前記給電光の伝送経路が構成可能であり、
前記給電光の伝送系路に生じた伝送不良箇所からの前記給電光の反射光を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記反射光から前記伝送不良箇所までの距離を求め、当該伝送不良箇所を迂回する他の前記給電光の伝送系路を構成するように複数の前記光スイッチを制御する制御装置とを備える光ファイバー給電システム。 - 光ファイバーケーブルを通じて複数の前記光スイッチを制御する請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
- 前記制御装置は、前記給電光の伝送系路について、より伝送距離が短いものを優先的に構成するように複数の前記光スイッチを制御する請求項１又は２に記載の光ファイバー給電システム。
- 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から３のいずれか一項に記載の光ファイバー給電システム。
- 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１から４のいずれか一項に記載の光ファイバー給電システム。
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