TWI705668B

TWI705668B - 光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統

Info

Publication number: TWI705668B
Application number: TW108109677A
Authority: TW
Inventors: 鄭旭志; 黃俊銘; 曾信賓; 顏志達; 劉宇浩; 康晉瑜; 羅裕棠
Original assignee: 國立虎尾科技大學
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-09-21
Also published as: TW202037099A

Abstract

一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，包括：光源、發射端光纖光柵、第一光纖耦合器、光調變器、光隔離器、光增益裝置、第二光纖耦合器，以及接收端光纖光柵。光源之光束通過發射端光纖光柵而為初始光束，初始光束由第一光纖耦合器導引而成為第一光束以及第二光束。光調變器將經調製的傳輸訊號輸出至第一光束而成為訊息光束，光隔離器導引訊息光束以單向方式傳輸。光增益裝置施加增益能量至第二光束，第二光束於該發射端光纖光柵與該接收端光纖光柵之間來回振盪共振成為功率光束。訊息光束與功率光束通過接收端光纖光柵。

Description

光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統

本發明相關於一種無線光傳輸系統，特別是相關於一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統。

無線光通訊（FSO, Free Space Optical communication）的工作原理與光纖技術相同，惟其使用空氣作為傳輸訊息的媒介。然而，無線光通訊之傳送端與接收端之間的光學通訊路徑必須清空而無任何障礙物。再者，由於空氣中的物質（如，霧霾、灰塵或懸浮物）會造成光波的吸收、散射或反射，導致接收到的訊號誤碼率提高，因而限制無線光通訊的傳輸效率。

無線功率傳輸（WPT, Wireless Power Transfer），透過電場跟磁場而於近場操作，或者是運用紅外線、雷射光、可見光而於遠場操作，而令行動裝置得以在「不受電源線長度約束」的條件下進行充電。但是，無線功率傳輸技術實施在近場操作時，由於收、發終端之間必須保持低相對移動且短距離（近場之功率強度不足），因而造成應用上的限制；或是，無線功率傳輸技術運用在遠場操作時，由於光束功率過高（如，雷射光）而對使用者造成危害，而形成無線功率傳輸於安全性上的隱憂。

因此，為解決上述問題，本發明的目的即在提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，在「確保光通訊傳輸效率且避免危害使用者」的前提下，而以無線光同步傳輸訊息與功率。

本發明為解決習知技術之問題所採用的技術手段係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，包括：一光源，提供一光束；一發射端光纖光柵，具有一預定工作波長且光連接於該光源而將來自於該光源的光束中符合該預定工作波長的光束予以作為一初始光束，而使該初始光束通過該發射端光纖光柵；一第一光纖耦合器，光連接於該發射端光纖光柵而導引來自該發射端光纖光柵之該初始光束成為分別於第一光導路徑傳送的一第一光束以及於第二光導路徑傳送的一第二光束，且該第一光纖耦合器導引來自於一光增益裝置的一第二增益光束至該發射端光纖光柵，該被導引至該發射端光纖光柵中符合該預定工作波長的該第二增益光束為穿過該發射端光纖光柵，而該被導引至該發射端光纖光柵中不符合該預定工作波長的該第二增益光束為受該發射端光纖光柵反射而傳送至該光增益裝置；一光調變器，光連接於該第一光纖耦合器且接收於該第一光導路徑的該第一光束，且該光調變器將一經調製的傳輸訊號輸出至所接收到的該第一光束而使該第一光束成為具有該預定工作波長的一訊息光束；一光隔離器，光連接於該光調變器且接收來自於該光調變器的該訊息光束而導引該訊息光束以不回傳至該光調變器的方式而單向地傳輸至一第二光纖耦合器；該光增益裝置，光連接於該第一光纖耦合器及該第二光纖耦合器之間且接收於該第二光導路徑來自於該第一光纖耦合器的該第二光束及接收來自於該第二光纖耦合器之光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第一光纖耦合器之該第二光束而使該第二光束成為一第一增益光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第二光纖耦合器之光束而使來自於該第二光纖耦合器之光束成為該第二增益光束；該第二光纖耦合器，光連接於該光隔離器以及該光增益裝置，而導引來自於該第一光導路徑之該光隔離器的該訊息光束以及來自於該第二光導路徑之該光增益裝置的該第一增益光束朝向一接收端光纖光柵行進，且該第二光纖耦合器導引來自於該接收端光纖光柵反射的光束至該第二光導路徑並朝向該光增益裝置行進；以及該接收端光纖光柵，經配置為具有相同於該發射端光纖光柵的預定工作波長，且該接收端光纖光柵光連接於該第二光纖耦合器而提供符合該預定工作波長的該訊息光束通過該接收端光纖光柵，且該第一增益光束在被導引至該接收端光纖光柵中若為不符合該預定工作波長則受該接收端光纖光柵反射而傳送至該第二光纖耦合器並通過該第二光纖耦合器而傳送至該光增益裝置以成為該第二增益光束，其中該第一增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長而被該接收端光纖光柵所反射之光束，以及該第二增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長且被該發射端光纖光柵所反射之光束，係於該發射端光纖光柵與該接收端光纖光柵之間來回振盪共振成為功率光束，且該功率光束之被導引至該接收端光纖光柵中且符合該預定工作波長的該功率光束係依據該接收端光纖光柵的穿透率而通過該接收端光纖光柵。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，其中該光增益裝置為摻鉺光纖放大器。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括一對光準直器，其中一該光準直器光連接於該第二光纖耦合器而導引該訊息光束及該第一增益光束朝向該接收端光纖光柵行進，另一該光準直器光連接於該接收端光纖光柵且導引該訊息光束及該第一增益光束至該接收端光纖光柵，其中該接收端光纖光柵反射該第一增益光束而由另一該光準直器導引該第一增益光束行進至其中一該光準直器，而由其中一該光準直器導引經反射的該第一增益光束至該第二光纖耦合器。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括下行光電轉換裝置及通訊與能量收集設備，該下行光電轉換裝置光連接於該接收端光纖光柵，且該下行光電轉換裝置將該訊息光束以及該功率光束轉換為訊號暨功率電流，該通訊與能量收集設備電性連接於該下行光電轉換裝置，且該通訊與能量收集設備將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的電流以及具有該增益能量的電流並加以儲存。

本發明為解決習知技術之問題所採用的另一技術手段係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，包括：一光源，提供一光束；一光循環器，經配置而反射來自於一第一光纖耦合器的光束而導引來自於該第一光纖耦合器的光束再次折返至該第一光纖耦合器；該第一光纖耦合器，光連接於該光源及該光循環器而導引來自於該光源或該光循環器的光束成為分別於第一光導路徑傳送的一第一光束以及於第二光導路徑傳送的一第二光束，且該第一光纖耦合器導引來自於一光增益裝置的一第二增益光束至該光循環器，該第二增益光束為受該光循環器反射而傳送至該光增益裝置；一光調變器，光連接於該第一光纖耦合器且接收於該第一光導路徑的該第一光束，且該光調變器將一經調製的傳輸訊號輸出至所接收到的該第一光束而使該第一光束成為一訊息光束；一光隔離器，光連接於該光調變器且接收來自於該光調變器的該訊息光束而導引該訊息光束以不回傳至該光調變器的方式而單向地傳輸至一第二光纖耦合器；該光增益裝置，光連接於該第一光纖耦合器及該第二光纖耦合器之間且接收於該第二光導路徑來自於該第一光纖耦合器的該第二光束及接收來自於該第二光纖耦合器之光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第一光纖耦合器之該第二光束而使該第二光束成為一第一增益光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第二光纖耦合器之光束而使來自於該第二光纖耦合器之光束成為該第二增益光束；該第二光纖耦合器，光連接於該光隔離器以及該光增益裝置，而導引來自於該第一光導路徑之該光隔離器的該訊息光束以及來自於該第二光導路徑之該光增益裝置的該第一增益光束朝向一接收端光纖光柵行進，且該第二光纖耦合器導引來自於該接收端光纖光柵反射的光束至該第二光導路徑並朝向該光增益裝置行進；以及該接收端光纖光柵，經配置為具有一預定工作波長，且該接收端光纖光柵光連接於該第二光纖耦合器而提供符合該預定工作波長的該訊息光束通過該接收端光纖光柵，該第一增益光束在被導引至該接收端光纖光柵中若為不符合該預定工作波長則受該接收端光纖光柵反射而傳送至該第二光纖耦合器並通過該第二光纖耦合器而傳送至該光增益裝置以成為該第二增益光束，其中該第一增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長而被該接收端光纖光柵所反射之光束，以及該第二增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長且被該光循環器所反射的光束，係於該光循環器與該接收端光纖光柵之間來回振盪共振成為功率光束，且該功率光束之被導引至該接收端光纖光柵中且符合該預定工作波長的該功率光束係依據該接收端光纖光柵的穿透率而通過該接收端光纖光柵。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括波長分波多工裝置，該光源及該光循環器光連接於該波長分波多工裝置，且該波長分波多工裝置光連接於該第一光纖耦合器，而導引來自於該光源發出的該光束及由該光循環器反射的光束進入該第一光纖耦合器且導引來自於該第一光纖耦合器的光束至該光循環器反射而傳送至該光增益裝置。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括下行光電轉換裝置，該下行光電轉換裝置光連接於該接收端光纖光柵，且將該訊息光束以及該功率光束轉換為訊號暨功率電流。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括通訊與能量收集設備，該通訊與能量收集設備電性連接於該下行光電轉換裝置，且將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的電流以及具有該增益能量的電流並加以儲存。

在本發明的一實施例中係提供一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括光學逆向調變裝置及上行光電轉換裝置，該光學逆向調變裝置與該接收端光纖光柵光連接於一第三光纖耦合器而朝向一第四光纖耦合器傳送一訊息反饋光束，該上行光電轉換裝置與該第二光纖耦合器光連接於該第四光纖耦合器而接收該訊息反饋光束且將該訊息反饋光束轉換為訊號電流。

本發明的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統具有以下功效。本發明將初始光束導引為第一光導路徑的訊息光束以及第二光導路徑的增益光束，使得增益光束得以單獨地在發射端光纖光柵與接收端光纖光柵之間來回振盪共振成為功率光束，而配合訊息光束一併通過接收端光纖光柵，以此達成於自由空間的同步光無線信息和功率傳輸，並藉此改善以往光束功率不足或過高的缺失。並且，本發明更透過光循環器與多個接收端光纖光柵（各自具有預定的工作波長）間的配置，而使多個使用者的行動通訊裝置得以於自由空間一併進行同步光無線信息和功率傳輸。再者，本發明進一步藉由光學逆向調變裝置及上行光電轉換裝置的配置，使得本發明之無線光訊息與功率傳輸系統得以在執行「光功率傳輸」的情形下，進行訊號收、發端間的雙向傳輸。

以下根據第1圖至第3圖，以說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明的實施例的一種。

請參照第1圖所示，本發明之第一實施例的一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統100，包括：一光源1、一發射端光纖光柵2A、一第一光纖耦合器3A、一光調變器4、一光隔離器5、一光增益裝置6、一第二光纖耦合器3B、一對光準直器7A、7B、一接收端光纖光柵2B、下行光電轉換裝置8，以及通訊與能量收集設備9。

如第1圖所示，該光源1係用以提供一光束。該發射端光纖光柵2A具有一預定工作波長，且透過光纖而光連接於該光源1，而將來自於該光源1的光束中符合該預定工作波長的光束予以作為一初始光束，而使該初始光束通過該發射端光纖光柵2A。

如第1圖所示，該第一光纖耦合器3A透過光纖而光連接於該發射端光纖光柵2A而導引來自該發射端光纖光柵2A之該初始光束成為分別於第一光導路徑傳送的一第一光束以及於第二光導路徑傳送的一第二光束。並且，該第一光纖耦合器3A導引來自於一光增益裝置6的一第二增益光束至該發射端光纖光柵2A。該被導引至該發射端光纖光柵2A中符合該預定工作波長的該第二增益光束為穿過該發射端光纖光柵2A；而該被導引至該發射端光纖光柵2A中不符合該預定工作波長的該第二增益光束為受該發射端光纖光柵2A反射而傳送至該光增益裝置6。詳細而言，於本發明實施例中的該第一光纖耦合器3A為一1×2的光纖耦合器（也就是說，為「一個輸入端，二個輸出端」的光纖耦合器）。

如第1圖所示，光調變器（Optical modulator）4透過光纖而光連接於該第一光纖耦合器3A且接收於該第一光導路徑的該第一光束。並且，該光調變器4將一經調製的傳輸訊號輸出至所接收到的該第一光束而使該第一光束成為具有該預定工作波長的一訊息光束。進一步而言，於本發明具體實施時，該傳輸訊號係可經由「現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA, Field Programmable Gate Array）」M1進行調變（Modulation）而傳送至該光調變器4。

如第1圖所示，該光隔離器5（Optical isolator）透過光纖而光連接於該光調變器4且接收來自於該光調變器4的該訊息光束，而導引該訊息光束以不回傳至該光調變器4的方式而單向地傳輸至一第二光纖耦合器3B。

如第1圖所示，該光增益裝置6透過光纖而光連接於該第一光纖耦合器3A及該第二光纖耦合器3B之間。並且，該光增益裝置6接收於該第二光導路徑來自於該第一光纖耦合器3A的該第二光束，以及接收來自於該第二光纖耦合器3B之光束。具體而言，該光增益裝置6施加一增益能量至來自於該第一光纖耦合器3A之該第二光束而使該第二光束成為一第一增益光束；再者，該光增益裝置6施加一增益能量至來自於該第二光纖耦合器3B之光束而使來自於該第二光纖耦合器3B之光束成為該第二增益光束。具體而言，該光增益裝置6可為摻鉺光纖放大器（EDFA, Erbrium-Doped Fiber Amplifier）。

如第1圖所示，該第二光纖耦合器3B透過光纖而光連接於該光隔離器5以及該光增益裝置6，而導引來自於該第一光導路徑之該光隔離器5的該訊息光束以及來自於該第二光導路徑之該光增益裝置6的該第一增益光束朝向一接收端光纖光柵2B行進。並且，該第二光纖耦合器3B導引來自於該接收端光纖光柵2B反射的光束至該第二光導路徑並朝向該光增益裝置6行進。詳細而言，該第二光纖耦合器3B亦為一1×2的光纖耦合器而以「二個輸入端，一個輸出端」的方式進行光傳輸。

如第1圖所示，該對光準直器（Collimator）7A、7B的其中一該光準直器7A透過光纖而光連接於該第二光纖耦合器3B而導引該訊息光束及該第一增益光束朝向該接收端光纖光柵2B行進。另一該光準直器7B透過光纖而光連接於該接收端光纖光柵2B，且該光準直器7B以對應於該光準直器7A之視線方向的方式而導引該訊息光束及該第一增益光束至該接收端光纖光柵2B，其中該接收端光纖光柵2B反射該第一增益光束而由該光準直器7B導引該第一增益光束行進至該光準直器7A，而由該光準直器7A導引經反射的該第一增益光束至該第二光纖耦合器3B。具體而言，該光準直器7A與該光準直器7B之間間隔著一自由空間（Free space）S而傳輸訊息光束及增益光束，亦即，本發明之無線光訊息與功率傳輸系統100係於自由空間S中進行同步光無線信息和功率傳輸（OWIPT, Optical Wireless Information and Power Transfer）。

如第1圖所示，該接收端光纖光柵2B經配置為具有相同於該發射端光纖光柵2A的預定工作波長。並且，該接收端光纖光柵2B光連接於該第二光纖耦合器3B而提供符合該預定工作波長的該訊息光束通過該接收端光纖光柵2B。並且，該第一增益光束在被導引至該接收端光纖光柵2B中若為不符合該預定工作波長則受該接收端光纖光柵2B反射而傳送至該第二光纖耦合器3B並通過該第二光纖耦合器3B而傳送至該光增益裝置6以成為該第二增益光束。於本發明之第一實施例中，該第一增益光束因不符合該接收端光纖光柵2B中之該預定工作波長而被該接收端光纖光柵2B所反射之光束，以及該第二增益光束因不符合該接收端光纖光柵2B中之該預定工作波長（同樣由該接收端光纖光柵2B所反射而沿著該第二光導路徑至該發射端光纖光柵2A）且被該發射端光纖光柵2A所反射之光束，係於該發射端光纖光柵2A與該接收端光纖光柵2B之間來回振盪共振成為功率光束。而該功率光束之被導引至該接收端光纖光柵2B中且符合該預定工作波長的該功率光束，係依據該接收端光纖光柵2B的穿透率，而通過該接收端光纖光柵2B。

如第1圖所示，該下行光電轉換裝置8透過光纖而光連接於該接收端光纖光柵2B，且該下行光電轉換裝置8將該訊息光束以及該功率光束轉換為訊號暨功率電流。於本發明之第一實施例具體實施時，該下行光電轉換裝置8可為光電檢測器（PD, Photo Detector）。

如第1圖所示，該通訊與能量收集設備9電性連接於該下行光電轉換裝置8，且該通訊與能量收集設備9將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的電流以及具有該增益能量的電流，並分別加以儲存至訊號儲存裝置M2及功率儲存裝置C。再者，於本發明之第一實施例具體實施時，該通訊與能量收集設備9亦可為包含CEH（亦即，Communication and Energy Harvesting）模組之技術，而將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的交流電以及具有該增益能量的直流電。

請參照第2圖所示，本發明之第二實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統100A與第一實施例之無線光訊息與功率傳輸系統100之間的差異在於，該無線光訊息與功率傳輸系統100A具有一波長分波多工裝置10以及一光循環器20。並且，該無線光訊息與功率傳輸系統100A具有「在使用波段內之不同預定工作波長」的多個接收端光纖光柵2C、2D…2N，以及各自與所述多個接收端光纖光柵2C、2D…2N連接的多個下行光電轉換裝置8C、8D…8N，而分別地設置於多個使用者的行動通訊裝置D1、D2…Dn，其中多個該光準直器7C、7D…7N係個別地設置於不同的行動通訊裝置D1、D2…Dn而對應於該光準直器7A之視線方向。再者，本發明之第二實施例並未如第一實施例設置通訊與能量收集設備9。

如第2圖所示，該波長分波多工（WDM, Wavelength Division Multiplexing）裝置10透過光纖而光連接於該光源1、該光循環器20及該第一光纖耦合器3A。具體而言，該光源1及該光循環器20可為並聯的方式光連接於該波長分波多工裝置10，且該波長分波多工裝置10光連接於該第一光纖耦合器3A。藉此，該波長分波多工裝置10導引來自於該光源1發出的該光束及由該光循環器20反射的光束進入該第一光纖耦合器3A。換句話說，該波長分波多工裝置10導引來自於該第一光纖耦合器3A的光束至該光循環器20反射並再次通過該第一光纖耦合器3A而傳送至該光增益裝置6。

如第2圖所示，該光循環器20經配置而反射來自於一第一光纖耦合器3A的光束而導引來自於該第一光纖耦合器3A的光束再次折返至該第一光纖耦合器3A。詳細而言，該光循環器20的埠K與埠I連接，因此當來自於該第一光纖耦合器3A的光束由埠J進入時，光束將由埠K經過埠I而再次由埠J輸出，藉此而形成一個光纖式反射鏡。也就是說，在「上述多個使用者的行動通訊裝置D1、D2…Dn進入該光準直器7A所導引之光束的視線方向內」的前提下，該第一增益光束及該第二增益光束即可在該光循環器20與多個接收端光纖光柵2C、2D…2N之間來回振盪共振成為該功率光束，而免於「發射端光纖光柵與接收端光纖光柵必需具有相同的預定工作波長」的工作條件限制。

進一步而言，如第2圖所示，該第二光纖耦合器3B透過光纖而光連接於該光隔離器5以及該光增益裝置6，而導引來自於該第一光導路徑之該光隔離器5的該訊息光束以及來自於該第二光導路徑之該光增益裝置6的該第一增益光束朝向多個行動通訊裝置D1、D2…Dn各自的接收端光纖光柵2C、2D…2N行進。並且，該第二光纖耦合器3B導引來自於多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N反射的光束至該第二光導路徑並朝向該光增益裝置6行進。

如第2圖所示，在本發明之第二實施例，該光準直器7A透過光纖而光連接於該第二光纖耦合器3B而導引該訊息光束及該第一增益光束通過該自由空間S，而朝向多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N行進。多個該光準直器7C、7D…7N個別地透過光纖而光連接於多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N且導引該訊息光束及該第一增益光束至多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N，其中多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N反射該第一增益光束而由多個該光準直器7C、7D…7N導引該第一增益光束通過該自由空間S行進至該光準直器7A，而由該光準直器7A導引經反射的該第一增益光束至該第二光纖耦合器3B。

如第2圖所示，多個行動通訊裝置D1、D2…Dn的該接收端光纖光柵2C、2D…2N經配置而個別地具有一預定工作波長（亦即，在同一個使用波段內的多個不同預定工作波長），且多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N光連接於該第二光纖耦合器3B而提供符合該預定工作波長的該訊息光束通過該接收端光纖光柵2C、2D…2N。該第一增益光束在被導引至多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N中，若為不符合該預定工作波長，則受該接收端光纖光柵2C、2D…2N反射而傳送至該第二光纖耦合器3B並通過該第二光纖耦合器3B而傳送至該光增益裝置6以成為該第二增益光束。並且，該第一增益光束因不符合多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N中之該預定工作波長而被該接收端光纖光柵2C、2D…2N所反射之光束，以及該第二增益光束因不符合多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N中之該預定工作波長（同樣由多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N所反射而沿著該第二光導路徑至該光循環器20）且被該光循環器20所反射的光束，係於該光循環器20與多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N之間來回振盪共振成為功率光束。並且，該功率光束之被導引至多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N中且符合多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N之預定工作波長的該功率光束，係依據多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N的穿透率而通過多個該接收端光纖光柵2C、2D…2N。

如第2圖所示，本發明之第二實施例之多個行動通訊裝置D1、D2…Dn的第二下行光電轉換裝置8C、8D…8N個別地透過光纖而光連接於該接收端光纖光柵2C、2D…2N，且將該訊息光束以及該功率光束轉換為訊號暨功率電流予多個使用者的行動通訊裝置D1、D2…Dn。藉此，多個行動通訊裝置D1、D2…Dn得以接收訊息，且獲得功率而予以進行充電。

請參照第3圖所示，本發明之第三實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統100B與第二實施例的無線光訊息與功率傳輸系統100A之間的差異在於，該無線光訊息與功率傳輸系統100B具有光學逆向調變裝置4A及上行光電轉換裝置8A。並且，本發明之第三實施例相較於第二實施例，更包括通訊與能量收集設備9，該通訊與能量收集設備9電性連接於該下行光電轉換裝置8，且將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的電流以及具有該增益能量的電流並分別加以儲存至訊號儲存裝置M2及功率儲存裝置C。

如第3圖所示，具體而言，該光學逆向調變裝置4A為包含光學逆向調變技術（Modulating Retro-Reflector）之裝置，且該光學逆向調變裝置4A與該接收端光纖光柵2B可為並聯的方式光連接於一第三光纖耦合器3C而朝向一第四光纖耦合器3D傳送一訊息反饋光束。該上行光電轉換裝置8A與該第二光纖耦合器3B可為並聯的方式光連接於該第四光纖耦合器3D而接收該訊息反饋光束並將該訊息反饋光束轉換為訊號電流。藉此，本發明之第三實施例的該無線光訊息與功率傳輸系統100B得以在「減少光束瞄準裝置以減輕體積和重量」的前提下，達成雙向傳輸無線光訊息，而免除「在發射端與接收端發生相對運動時」之光束校準的困難度。

由上述可知，本發明之第一實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統100透過第一光纖耦合器3A將通過發射端光纖光柵2A的初始光束導引為，於第一光導路徑由光調變器4調製的訊息光束以及於第二光導路徑由光增益裝置6的施加增益能量的第一增益光束、第二增益光束。藉此，第一實施例的無線光訊息與功率傳輸系統100使得第一增益光束、第二增益光束得以單獨地在發射端光纖光柵2A與接收端光纖光柵2B之間來回振盪共振成為功率光束。並且，功率光束配合訊息光束一併通過接收端光纖光柵2B，而由此達成於自由空間S的同步光無線信息和功率傳輸，並藉此改善以往近場光束功率不足（收、發終端限於短距離且限制相對移動）或遠場光束功率過高（雷射光束會危害使用者）的缺失。

並且，本發明之第二實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統100A透過光循環器20與多個接收端光纖光柵2C、2D…2N（各自具有預定的工作波長）間的配置，使得第一增益光束、第二增益光束仍可在光循環器20與多個接收端光纖光柵2C、2D…2N之間來回振盪共振成為功率光束，而使多個使用者的行動通訊裝置D1、D2…Dn得以於自由空間S一併進行同步光無線信息和功率的傳輸。藉此，多個使用者的行動通訊裝置D1、D2…Dn得以接收訊息並獲得功率光束而進行充電。

再者，本發明之第三實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統100B藉由光學逆向調變裝置4A及上行光電轉換裝置8A的配置，使得該無線光訊息與功率傳輸系統100B得以在執行「光功率傳輸」的情形下，進行訊號收、發端間的雙向傳輸（亦即，由第二光纖耦合器3B及光準直器7A導引來自於光隔離器5的訊息光束朝向下行光電轉換裝置8，以及由第三光纖耦合器3C與光準直器7B導引來自於光學逆向調變裝置4A的訊息反饋光束朝向上行光電轉換裝置8A）。

以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定之申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。

100:光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統 100A:光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統 100B:光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統 1:光源 10:波長分波多工裝置 20:光循環器 2A:發射端光纖光柵 2B:接收端光纖光柵 2C:接收端光纖光柵 2D:接收端光纖光柵 2N:接收端光纖光柵 3A:第一光纖耦合器 3B:第二光纖耦合器 3C:第三光纖耦合器 3D:第四光纖耦合器 4:光調變器 4A:光學逆向調變裝置 5:光隔離器 6:光增益裝置 7A:光準直器 7B:光準直器 7C:光準直器 7D:光準直器 7N:光準直器 8:下行光電轉換裝置 8A:上行光電轉換裝置 8C:下行光電轉換裝置 8D:下行光電轉換裝置 8N:下行光電轉換裝置 9:通訊與能量收集設備 C:功率儲存裝置 D1:行動通訊裝置 D2:行動通訊裝置 Dn:行動通訊裝置 I:埠 J:埠 K:埠 M1:現場可程式化邏輯閘陣列 M2:訊號儲存裝置 S:自由空間

第1圖為顯示根據本發明的第一實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統的示意圖；第2圖為顯示根據本發明的第二實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統的示意圖；以及第3圖為顯示根據本發明的第三實施例的光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統的示意圖。

無。

100:光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統

1:光源

2A:發射端光纖光柵

2B:接收端光纖光柵

3A:第一光纖耦合器

3B:第二光纖耦合器

4:光調變器

5:光隔離器

6:光增益裝置

7A:光準直器

7B:光準直器

8:下行光電轉換裝置

9:通訊與能量收集設備

C:功率儲存裝置

M1:現場可程式化邏輯閘陣列

M2:訊號儲存裝置

S:自由空間

Claims

一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，包括：一光源，提供一光束；一發射端光纖光柵，具有一預定工作波長且光連接於該光源而將來自於該光源的光束中符合該預定工作波長的光束予以作為一初始光束，而使該初始光束通過該發射端光纖光柵；一第一光纖耦合器，光連接於該發射端光纖光柵而導引來自該發射端光纖光柵之該初始光束成為分別於第一光導路徑傳送的一第一光束以及於第二光導路徑傳送的一第二光束，且該第一光纖耦合器導引來自於一光增益裝置的一第二增益光束至該發射端光纖光柵，該被導引至該發射端光纖光柵中符合該預定工作波長的該第二增益光束為穿過該發射端光纖光柵，而該被導引至該發射端光纖光柵中不符合該預定工作波長的該第二增益光束為受該發射端光纖光柵反射而傳送至該光增益裝置；一光調變器，光連接於該第一光纖耦合器且接收於該第一光導路徑的該第一光束，且該光調變器將一經調製的傳輸訊號輸出至所接收到的該第一光束而使該第一光束成為具有該預定工作波長的一訊息光束；一光隔離器，光連接於該光調變器且接收來自於該光調變器的該訊息光束而導引該訊息光束以不回傳至該光調變器的方式而單向地傳輸至一第二光纖耦合器；該光增益裝置，光連接於該第一光纖耦合器及該第二光纖耦合器之間且接收於該第二光導路徑來自於該第一光纖耦合器的該第二光束及接收來自於該第二光纖耦合器之光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第一光纖耦合器之該第二光束而使該第二光束成為一第一增益光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第二光纖耦合器之光束而使來自於該第二光纖耦合器之光束成為該第二增益光束；該第二光纖耦合器，光連接於該光隔離器以及該光增益裝置，而導引來自於該第一光導路徑之該光隔離器的該訊息光束以及來自於該第二光導路徑之該光增益裝置的該第一增益光束朝向一接收端光纖光柵行進，且該第二光纖耦合器導引來自於該接收端光纖光柵反射的光束至該第二光導路徑並朝向該光增益裝置行進；以及該接收端光纖光柵，經配置為具有相同於該發射端光纖光柵的預定工作波長，且該接收端光纖光柵光連接於該第二光纖耦合器而提供符合該預定工作波長的該訊息光束通過該接收端光纖光柵，且該第一增益光束在被導引至該接收端光纖光柵中若為不符合該預定工作波長則受該接收端光纖光柵反射而傳送至該第二光纖耦合器並通過該第二光纖耦合器而傳送至該光增益裝置以成為該第二增益光束，其中該第一增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長而被該接收端光纖光柵所反射之光束，以及該第二增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長且被該發射端光纖光柵所反射之光束，係於該發射端光纖光柵與該接收端光纖光柵之間來回振盪共振成為功率光束，且該功率光束之被導引至該接收端光纖光柵中且符合該預定工作波長的該功率光束係依據該接收端光纖光柵的穿透率而通過該接收端光纖光柵。
如請求項1所述之無線光訊息與功率傳輸系統，其中該光增益裝置為摻鉺光纖放大器。
如請求項1所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括一對光準直器，其中一該光準直器光連接於該第二光纖耦合器而導引該訊息光束及該第一增益光束朝向該接收端光纖光柵行進，另一該光準直器光連接於該接收端光纖光柵且導引該訊息光束及該第一增益光束至該接收端光纖光柵，其中該接收端光纖光柵反射該第一增益光束而由另一該光準直器導引該第一增益光束行進至其中一該光準直器，而由其中一該光準直器導引經反射的該第一增益光束至該第二光纖耦合器。
如請求項1所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括下行光電轉換裝置及通訊與能量收集設備，該下行光電轉換裝置光連接於該接收端光纖光柵，且該下行光電轉換裝置將該訊息光束以及該功率光束轉換為訊號暨功率電流，該通訊與能量收集設備電性連接於該下行光電轉換裝置，且該通訊與能量收集設備將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的電流以及具有該增益能量的電流並加以儲存。
一種光纖式共振光束之無線光訊息與功率傳輸系統，包括：一光源，提供一光束；一光循環器，經配置而反射來自於一第一光纖耦合器的光束而導引來自於該第一光纖耦合器的光束再次折返至該第一光纖耦合器；該第一光纖耦合器，光連接於該光源及該光循環器而導引來自於該光源或該光循環器的光束成為分別於第一光導路徑傳送的一第一光束以及於第二光導路徑傳送的一第二光束，且該第一光纖耦合器導引來自於一光增益裝置的一第二增益光束至該光循環器，該第二增益光束為受該光循環器反射而傳送至該光增益裝置；一光調變器，光連接於該第一光纖耦合器且接收於該第一光導路徑的該第一光束，且該光調變器將一經調製的傳輸訊號輸出至所接收到的該第一光束而使該第一光束成為一訊息光束；一光隔離器，光連接於該光調變器且接收來自於該光調變器的該訊息光束而導引該訊息光束以不回傳至該光調變器的方式而單向地傳輸至一第二光纖耦合器；該光增益裝置，光連接於該第一光纖耦合器及該第二光纖耦合器之間且接收於該第二光導路徑來自於該第一光纖耦合器的該第二光束及接收來自於該第二光纖耦合器之光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第一光纖耦合器之該第二光束而使該第二光束成為一第一增益光束，且該光增益裝置施加一增益能量至來自於該第二光纖耦合器之光束而使來自於該第二光纖耦合器之光束成為該第二增益光束；該第二光纖耦合器，光連接於該光隔離器以及該光增益裝置，而導引來自於該第一光導路徑之該光隔離器的該訊息光束以及來自於該第二光導路徑之該光增益裝置的該第一增益光束朝向一接收端光纖光柵行進，且該第二光纖耦合器導引來自於該接收端光纖光柵反射的光束至該第二光導路徑並朝向該光增益裝置行進；以及該接收端光纖光柵，經配置為具有一預定工作波長，且該接收端光纖光柵光連接於該第二光纖耦合器而提供符合該預定工作波長的該訊息光束通過該接收端光纖光柵，該第一增益光束在被導引至該接收端光纖光柵中若為不符合該預定工作波長則受該接收端光纖光柵反射而傳送至該第二光纖耦合器並通過該第二光纖耦合器而傳送至該光增益裝置以成為該第二增益光束，其中該第一增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長而被該接收端光纖光柵所反射之光束，以及該第二增益光束因不符合該接收端光纖光柵中之該預定工作波長且被該光循環器所反射的光束，係於該光循環器與該接收端光纖光柵之間來回振盪共振成為功率光束，且該功率光束之被導引至該接收端光纖光柵中且符合該預定工作波長的該功率光束係依據該接收端光纖光柵的穿透率而通過該接收端光纖光柵。
如請求項5所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括波長分波多工裝置，該光源及該光循環器光連接於該波長分波多工裝置，且該波長分波多工裝置光連接於該第一光纖耦合器，而導引來自於該光源發出的該光束及由該光循環器反射的光束進入該第一光纖耦合器且導引來自於該第一光纖耦合器的光束至該光循環器反射而傳送至該光增益裝置。
如請求項5所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括一對光準直器，其中一該光準直器光連接於該第二光纖耦合器而導引該訊息光束及該第一增益光束朝向該接收端光纖光柵行進，另一該光準直器光連接於該接收端光纖光柵且導引該訊息光束及該第一增益光束至該接收端光纖光柵，其中該接收端光纖光柵反射該第一增益光束而由另一該光準直器導引該第一增益光束行進至其中一該光準直器，而由其中一該光準直器導引經反射的該第一增益光束至該第二光纖耦合器。
如請求項5所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括下行光電轉換裝置，該下行光電轉換裝置光連接於該接收端光纖光柵，且將該訊息光束以及該功率光束轉換為訊號暨功率電流。
如請求項8所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括通訊與能量收集設備，該通訊與能量收集設備電性連接於該下行光電轉換裝置，且將該訊號暨功率電流分離為具有該傳輸訊號的電流以及具有該增益能量的電流並加以儲存。
如請求項5至9中任一項所述之無線光訊息與功率傳輸系統，更包括光學逆向調變裝置及上行光電轉換裝置，該光學逆向調變裝置與該接收端光纖光柵光連接於一第三光纖耦合器而朝向一第四光纖耦合器傳送一訊息反饋光束，該上行光電轉換裝置與該第二光纖耦合器光連接於該第四光纖耦合器而接收該訊息反饋光束且將該訊息反饋光束轉換為訊號電流。