WO2021014727A1 - 光ファイバー給電システム - Google Patents

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巣山　武彦
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京セラ株式会社
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    • H04B10/806—Arrangements for feeding power
    • H04B10/807—Optical power feeding, i.e. transmitting power using an optical signal

Definitions

  • This disclosure relates to optical power supply.
  • Patent Document 1 describes an optical transmitter that transmits signal light modulated by an electric signal and feed light for supplying power, a core that transmits the signal light, and a core formed around the core.
  • An optical fiber having a first clad having a small refractive index and transmitting the feed light and a second clad formed around the first clad and having a smaller refractive index than the first clad, and a first clad of the optical fiber are used for transmission.
  • an optical communication device including an optical receiver that operates with the converted power of the fed light and converts the signal light transmitted by the core of the optical fiber into the electric signal.
  • a power feeding device including a semiconductor laser that oscillates a laser with electric power and outputs a feeding light, a power receiving device including a photoelectric conversion element that converts the feeding light by the feeding device into electric power, and the feeding light from the feeding device to the power receiving device. It is an optical fiber power supply system equipped with an optical fiber cable for transmitting light.
  • a temperature sensor that detects the temperature of the photoelectric conversion element and When the temperature detected by the temperature sensor is equal to or higher than a predetermined threshold value, the process of lowering the output level of the feed light is executed, and when the temperature is less than the predetermined threshold value, the process of raising the output level of the feed light is performed. It is equipped with a control unit to execute.
  • the optical fiber power supply system A first data communication device including the power feeding device and a second data communication device including the power receiving device and performing optical communication with the first data communication device are provided.
  • the control unit is included in the second data communication device and includes a power receiving side control unit that acquires temperature information detected by the temperature sensor, and the first data communication device that includes the power receiving side control unit. It is provided with a feeding side control unit that executes a process of switching the output level of the feeding light output by the semiconductor laser according to the acquired temperature information.
  • the optical fiber power supply (PoF: Power over Fiber) system 1A of the present embodiment includes a power supply device (PSE: Power Sourcing Equipment) 110, an optical fiber cable 200A, and a power receiving device (PD: Powered Device) 310.
  • PSE Power Sourcing Equipment
  • PD Powered Device
  • the power feeding device in the present disclosure is a device that converts electric power into light energy and supplies it
  • a power receiving device is a device that receives the supply of light energy and converts the light energy into electric power.
  • the power feeding device 110 includes a power feeding semiconductor laser 111.
  • the optical fiber cable 200A includes an optical fiber 250A that forms a transmission line for feeding light.
  • the power receiving device 310 includes a photoelectric conversion element 311.
  • the power feeding device 110 is connected to a power source, and a power feeding semiconductor laser 111 or the like is electrically driven.
  • the power feeding semiconductor laser 111 oscillates the laser with the electric power from the power source and outputs the power feeding light 112.
  • one end 201A can be connected to the power feeding device 110, and the other end 202A can be connected to the power receiving device 310 to transmit the feeding light 112.
  • the power feeding light 112 from the power feeding device 110 is input to one end 201A of the optical fiber cable 200A, the feeding light 112 propagates in the optical fiber 250A, and is output from the other end 202A to the power receiving device 310.
  • the photoelectric conversion element 311 converts the feeding light 112 transmitted through the optical fiber cable 200A into electric power.
  • the electric power converted by the photoelectric conversion element 311 is used as the driving power required in the power receiving device 310. Further, the power receiving device 310 can output the electric power converted by the photoelectric conversion element 311 for an external device.
  • the semiconductor material constituting the semiconductor region that exerts the light-electric conversion effect of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311 is a semiconductor having a short wavelength laser wavelength of 500 nm or less. Since a semiconductor having a short wavelength laser wavelength has a large band gap and high photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion efficiency on the power generation side and the power receiving side of optical power supply is improved, and the optical power supply efficiency is improved.
  • the semiconductor material for example, a semiconductor material of a laser medium having a laser wavelength (fundamental wave) of 200 to 500 nm, such as diamond, gallium oxide, aluminum nitride, and GaN, may be used.
  • a semiconductor having a band gap of 2.4 eV or more is applied as the semiconductor material.
  • a semiconductor material of a laser medium having a bandgap of 2.4 to 6.2 eV such as diamond, gallium oxide, aluminum nitride, and GaN, may be used.
  • a semiconductor material of a laser medium having a laser wavelength (fundamental wave) smaller than 200 nm may be used.
  • These semiconductor materials may be applied to either one of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311. The photoelectric conversion efficiency on the power feeding side or the power receiving side is improved, and the optical power feeding efficiency is improved.
  • the optical fiber power supply (PoF: Power over Fiber) system 1 of the present embodiment includes a power supply system via an optical fiber and an optical communication system, and is a power supply device (PSE: Power Sourcing Equipment) 110.
  • a first data communication device 100 including the above, an optical fiber cable 200, and a second data communication device 300 including a power receiving device (PD) 310 are provided.
  • the power feeding device 110 includes a power feeding semiconductor laser 111.
  • the first data communication device 100 includes a power supply device 110, a transmission unit 120 that performs data communication, and a reception unit 130.
  • the first data communication device 100 corresponds to a data terminal equipment (DTE (Data Terminal Equipment)), a repeater (Repeater), and the like.
  • the transmitter 120 includes a signal semiconductor laser 121 and a modulator 122.
  • the receiving unit 130 includes a signal photodiode 131.
  • the optical fiber cable 200 includes an optical fiber 250 having a core 210 forming a signal light transmission path and a clad 220 arranged on the outer periphery of the core 210 and forming a feeding light transmission path.
  • the power receiving device 310 includes a photoelectric conversion element 311.
  • the second data communication device 300 includes a power receiving device 310, a transmitting unit 320, a receiving unit 330, and a data processing unit 340.
  • the second data communication device 300 corresponds to a power end station (Power End Station) or the like.
  • the transmitter 320 includes a signal semiconductor laser 321 and a modulator 322.
  • the receiving unit 330 includes a signal photodiode 331.
  • the data processing unit 340 is a unit that processes a received signal.
  • the second data communication device 300 is a node in the communication network. Alternatively, the second data communication device 300 may be a node that communicates with another node.
  • the first data communication device 100 is connected to a power source, and a power feeding semiconductor laser 111, a signal semiconductor laser 121, a modulator 122, a signal photodiode 131, and the like are electrically driven.
  • the first data communication device 100 is a node in the communication network.
  • the first data communication device 100 may be a node that communicates with another node.
  • the power feeding semiconductor laser 111 oscillates the laser with the electric power from the power source and outputs the power feeding light 112.
  • the photoelectric conversion element 311 converts the power feeding light 112 transmitted through the optical fiber cable 200 into electric power.
  • the electric power converted by the photoelectric conversion element 311 is the driving power of the transmitting unit 320, the receiving unit 330, and the data processing unit 340, and other driving power required in the second data communication device 300.
  • the second data communication device 300 may be capable of outputting the electric power converted by the photoelectric conversion element 311 for an external device.
  • the modulator 122 of the transmitting unit 120 modulates the laser light 123 from the signal semiconductor laser 121 based on the transmission data 124 and outputs it as the signal light 125.
  • the signal photodiode 331 of the receiving unit 330 demodulates the signal light 125 transmitted through the optical fiber cable 200 into an electric signal and outputs it to the data processing unit 340.
  • the data processing unit 340 transmits the data by the electric signal to the node, while receiving the data from the node and outputting the data as the transmission data 324 to the modulator 322.
  • the modulator 322 of the transmitting unit 320 modulates the laser light 323 from the signal semiconductor laser 321 based on the transmission data 324 and outputs it as the signal light 325.
  • the signal photodiode 131 of the receiving unit 130 demodulates the signal light 325 transmitted through the optical fiber cable 200 into an electric signal and outputs it.
  • the data by the electric signal is transmitted to the node, while the data from the node is referred to as transmission data 124.
  • the feed light 112 and the signal light 125 from the first data communication device 100 are input to one end 201 of the optical fiber cable 200, the feed light 112 propagates through the clad 220, the signal light 125 propagates through the core 210, and the other end. It is output from 202 to the second data communication device 300.
  • the signal light 325 from the second data communication device 300 is input to the other end 202 of the optical fiber cable 200, propagates through the core 210, and is output from one end 201 to the first data communication device 100.
  • the first data communication device 100 is provided with an optical input / output unit 140 and an optical connector 141 attached to the optical input / output unit 140.
  • the second data communication device 300 is provided with an optical input / output unit 350 and an optical connector 351 attached to the optical input / output unit 350.
  • An optical connector 230 provided at one end 201 of the optical fiber cable 200 connects to the optical connector 141.
  • An optical connector 240 provided at the other end 202 of the optical fiber cable 200 connects to the optical connector 351.
  • the optical input / output unit 140 guides the feeding light 112 to the clad 220, guides the signal light 125 to the core 210, and guides the signal light 325 to the receiving unit 130.
  • the optical input / output unit 350 guides the feeding light 112 to the power receiving device 310, guides the signal light 125 to the receiving unit 330, and guides the signal light 325 to the core 210.
  • the optical fiber cable 200 has one end 201 connectable to the first data communication device 100 and the other end 202 connectable to the second data communication device 300 to transmit the feeding light 112. Further, in the present embodiment, the optical fiber cable 200 transmits the signal lights 125 and 325 in both directions.
  • the semiconductor material constituting the semiconductor region that exhibits the light-electricity conversion effect of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311 As the semiconductor material constituting the semiconductor region that exhibits the light-electricity conversion effect of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311, the same materials as those in the first embodiment are applied, and high light power feeding efficiency is realized. ..
  • the optical fiber 260 for transmitting signal light and the optical fiber 270 for transmitting the feeding light may be provided separately.
  • the optical fiber cable 200B may also be composed of a plurality of cables.
  • the optical fiber power feeding system 1 shown in FIG. 5 includes a first data communication device 100 including a power feeding device 110, a second data communication device 300 including a power receiving device 310, a first data communication device 100, and a second data.
  • the communication device 300 includes an optical fiber cable 200 for optical communication.
  • the power receiving device 310 included in the second data communication device 300 is provided with a temperature sensor 312 that detects the temperature of the photoelectric conversion element 311.
  • the second data communication device 300 includes a power receiving side control unit 360 that acquires temperature information detected by the temperature sensor 312 in order to switch the output level of the feeding light 112.
  • the first data communication device 100 includes a power feeding side control unit 150 that executes a process of switching the output level of the power feeding light 112 output by the semiconductor laser 111 according to the temperature information acquired by the power receiving side control unit 360. There is.
  • the power receiving side control unit 360 and the power feeding side control unit 150 cooperate to execute a process of lowering the output level of the feeding light 112 when the temperature detected by the temperature sensor 312 is equal to or higher than a predetermined threshold value, and the temperature sensor It functions as a control unit that executes a process of raising the output level of the feeding light 112 when the temperature detected by the 312 is less than a predetermined threshold value.
  • the threshold temperature includes a temperature suitable for the photoelectric conversion element 311 to efficiently convert the feed light 112 into electric power and a temperature at which the photoelectric conversion element 311 can convert the feed light 112 into electric power without overheating. It shall be set.
  • the power receiving side control unit 360 acquires the temperature information detected by the temperature sensor 312, executes a process of notifying the acquired temperature information to the power feeding side control unit 150, and the power feeding side control unit 150 is notified. Based on the temperature information, it is determined whether to lower or raise the output level of the feeding light 112, and the process of switching the output level of the feeding light 112 is executed. Specifically, the power receiving side control unit 360 outputs the acquired temperature information as signal light 325 from the transmitting unit 320, and notifies the power feeding side control unit 150.
  • the power feeding side control unit 150 outputs power supplied by the semiconductor laser 111 when the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is equal to or higher than a predetermined threshold value based on the temperature information notified from the power receiving side control unit 360.
  • a process of lowering the output level of the light 112 and raising the output level of the feed light 112 output by the semiconductor laser 111 when the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is less than a predetermined threshold value is performed. Execute.
  • the power feeding semiconductor laser 111 can output PWM type feeding light 112 having different duty ratios under the control of the power feeding side control unit 150, and the duty ratio is small so as to lower the output level of the feeding light 112. It is assumed that the feeding light 112 is output and the feeding light 112 having a large duty ratio is output so as to raise the output level of the feeding light 112.
  • the power feeding semiconductor laser 111 can switch the duty ratio of the power feeding light 112 to six stages of 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, and 1.0 for output
  • the power feeding semiconductor laser 111 of the power feeding device 110 Is outputting the feeding light 112 having a duty ratio of 0.6 to supply power to the second data communication device 300 including the power receiving device 310.
  • the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is equal to or higher than a predetermined threshold value
  • the feeding semiconductor laser 111 is switched to output the feeding light 112 having a duty ratio of 0.4 with the output level lowered by one step.
  • the feeding semiconductor laser 111 further lowers the output level by one step to generate the feeding light 112 having a duty ratio of 0.2. Switch to output.
  • the feeding semiconductor laser 111 raises the output level by one step and outputs the feeding light 112 having a duty ratio of 0.6. Switch to.
  • the feeding device 110 when the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is less than a predetermined threshold value in a state where the feeding semiconductor laser 111 of the feeding device 110 outputs the feeding light 112 having a duty ratio of 0.6, the feeding device 110 is used for feeding.
  • the semiconductor laser 111 is switched to output the feed light 112 having a duty ratio of 0.8 with the output level raised by one step.
  • the power feeding semiconductor laser 111 further raises the output level by one step to generate the feeding light 112 having a duty ratio of 1.0. Switch to output.
  • the feeding semiconductor laser 111 lowers the output level by one step and outputs the feeding light 112 having a duty ratio of 0.6. Switch to.
  • the output level of the feeding light 112 output by the feeding semiconductor laser 111 is lowered to reduce the output level of the power receiving device 310 (photoelectric conversion element 311).
  • the output level of the feeding light 112 output by the feeding semiconductor laser 111 is increased.
  • the power feeding light 112 can be positively supplied to the power receiving device 310 (photoelectric conversion element 311).
  • the temperature of the photoelectric conversion element 311 is less likely to fluctuate. , It becomes easy to maintain the temperature set in the threshold value. That is, the excessive supply of the feeding light 112 can be suppressed by switching the output level of the feeding light 112 output by the feeding semiconductor laser 111 of the feeding device 110 according to the temperature change of the photoelectric conversion element 311 of the power receiving device 310.
  • the photoelectric conversion element 311 does not generate heat at a high temperature due to the excessive supply of the feeding light 112, and the electric energy supplied to the power receiving device 310 (photoelectric conversion element 311) as the feeding light 112 is lost as heat. Energy loss can be reduced.
  • the power feeding device 110 efficiently supplies electric power to the power receiving device 310. it can. Further, if the temperature of the photoelectric conversion element 311 is maintained so as not to become too high, it is possible to prevent the photoelectric conversion element 311 from being damaged such as overheating.
  • the power feeding side control unit 150 determines whether to lower or raise the output level of the power feeding light 112 based on the temperature information notified from the power receiving side control unit 360, and switches the output level of the power feeding light 112.
  • the power receiving side control unit 360 may determine whether to lower or raise the output level of the feeding light 112 based on the temperature information. That is, the power receiving side control unit 360 determines whether to lower or raise the output level of the power feeding light 112 based on the acquired temperature information, and executes a process of notifying the power feeding side control unit 150 of the determined output level switching information.
  • the power supply side control unit 150 executes a process of switching the output level of the power supply light 112 based on the notified output level switching information.
  • the power receiving side control unit 360 lowers the output level of the feeding light 112 when the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is equal to or higher than a predetermined threshold value based on the acquired temperature information. Judgment is made, and when the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is less than a predetermined threshold value, it is determined that the output level of the feeding light 112 is raised, and the determined output level switching information is transmitted to the transmitter. It is output from 320 as signal light 325 and notified to the power supply side control unit 150.
  • the power feeding side control unit 150 sets the output level of the feeding light 112 output by the semiconductor laser 111.
  • the output level switching information notified from the power receiving side control unit 360 by executing the lowering process is the switching information for raising the output level of the feeding light 112
  • the output level of the feeding light 112 output by the semiconductor laser 111 is raised. Execute the process.
  • the power feeding semiconductor laser 111 outputs the feeding light 112 having a small duty ratio so as to lower the output level of the feeding light 112 under the control of the power feeding side control unit 150, and sets the output level of the feeding light 112.
  • the feed light 112 having a large duty ratio is output so as to increase it.
  • one boundary is defined by a predetermined threshold value, and the feeding light is output depending on whether or not the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 exceeds the threshold value.
  • the predetermined threshold value does not define one boundary, but two boundaries may be defined by the upper limit threshold value and the lower limit threshold value. In that case, when the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is equal to or higher than the upper limit threshold value, the output level of the feeding light 112 is switched to be lowered, and the temperature of the photoelectric conversion element 311 detected by the temperature sensor 312 is the lower limit. If it is less than the threshold value of, the output level of the feeding light 112 may be increased.
  • the present invention is configured as described above, it can be used as an optical fiber power supply system.
  • Optical fiber power supply system 1A Optical fiber power supply system (optical power supply system) 1 Optical fiber power supply system (optical power supply system) 1B optical fiber power supply system (optical power supply system) 100 First data communication device 110 Power supply device 111 Power supply semiconductor laser 112 Power supply light 120 Transmission unit 125 Signal light 130 Reception unit 140 Optical input / output unit 141 Optical connector 150 Power supply side control unit 200A Optical fiber cable 200 Optical fiber cable 200B Optical fiber cable 210 Core 220 Clad 250A Optical fiber 250 Optical fiber 260 Optical fiber 270 Optical fiber 300 Second data communication device 310 Power receiving device 311 Photoelectric conversion element 312 Temperature sensor 320 Transmission unit 325 Signal light 330 Reception unit 350 Optical input / output unit 351 Optical connector 360 Power receiving side control unit

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Abstract

電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する半導体レーザー１１１を含む給電装置１１０と、給電装置１１０による給電光１１２を電力に変換する光電変換素子３１１を含む受電装置３１０と、給電装置１１０から受電装置３１０に給電光１１２を伝送する光ファイバーケーブル２００を備えた光ファイバー給電システム１において、光電変換素子３１１の温度を検出する温度センサー３１２を備え、その温度センサー３１２が検出した温度が所定の閾値以上である場合に給電光１１２の出力レベルを下げる処理を実行し、検出した温度が所定の閾値未満である場合に給電光１１２の出力レベルを上げる処理を実行するようにした。

Description

光ファイバー給電システム
　本開示は、光給電に関する。
　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。
特開２０１０－１３５９８９号公報
　ところで、光ファイバー給電システムにおいて光受信機に電力を供給するのに、光発信機が一定の出力で給電光を発信する場合、光受信機側の電力消費の負荷が軽くなっても、光受信機にはその給電光が供給され続けるので、過剰になった電気エネルギーが熱となって失われてしまうことがある。そのため、このようなエネルギーロスを低減することが望まれている。
　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、前記給電装置による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、前記給電装置から前記受電装置に前記給電光を伝送する光ファイバーケーブルを備えた光ファイバー給電システムであって、
　前記光電変換素子の温度を検出する温度センサーと、
　前記温度センサーが検出した温度が所定の閾値以上である場合に前記給電光の出力レベルを下げる処理を実行し、前記温度が所定の閾値未満である場合に前記給電光の出力レベルを上げる処理を実行する制御部と、を備えるようにした。
　また、その光ファイバー給電システムは、
　前記給電装置を含む第１のデータ通信装置と、前記受電装置を含み前記第１のデータ通信装置と光通信する第２のデータ通信装置と、を備え、
　前記制御部は、前記第２のデータ通信装置に含まれ、前記温度センサーが検出した温度情報を取得する受電側制御部と、前記第１のデータ通信装置に含まれ、前記受電側制御部が取得した前記温度情報に応じて前記半導体レーザーが出力する前記給電光の出力レベルを切り替える処理を実行する給電側制御部と、を有するようにする。
本開示の第１実施形態に係る光ファイバー給電システムの構成図である。 本開示の第２実施形態に係る光ファイバー給電システムの構成図である。 本開示の第２実施形態に係る光ファイバー給電システムの構成図であって、光コネクタ等を図示したものである。 本開示の他の一実施形態に係る光ファイバー給電システムの構成図である。 本開示の第２実施形態に係る光ファイバー給電システムの構成図であって、制御部（受電側制御部、給電側制御部）を加えて図示したものである。
　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。
　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。
　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。
　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。
〔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(DTE(Data 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。
　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。
　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。
　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。
　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）給電光の出力レベルの切り替えについて
　次に、受電装置３１０の光電変換素子３１１の温度変化に応じて、給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを切り替える処理について説明する。
　図５に示す光ファイバー給電システム１は、給電装置１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、受電装置３１０を含む第２のデータ通信装置３００と、第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００が光通信するための光ファイバーケーブル２００とを備えている。
　図５に示すように、第２のデータ通信装置３００に含まれている受電装置３１０には、光電変換素子３１１の温度を検出する温度センサー３１２が設けられている。
　また、第２のデータ通信装置３００は、給電光１１２の出力レベルを切り替える処理のため、温度センサー３１２が検出した温度情報を取得する受電側制御部３６０を備えている。
　また、第１のデータ通信装置１００は、受電側制御部３６０が取得した温度情報に応じて半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを切り替える処理を実行する給電側制御部１５０を備えている。
　この受電側制御部３６０と給電側制御部１５０が協働することで、温度センサー３１２が検出した温度が所定の閾値以上である場合に給電光１１２の出力レベルを下げる処理を実行し、温度センサー３１２が検出した温度が所定の閾値未満である場合に給電光１１２の出力レベルを上げる処理を実行する制御部として機能する。
　なお、閾値とする温度には、光電変換素子３１１が給電光１１２を電力に効率よく変換するのに適した温度や、光電変換素子３１１がオーバーヒートせずに給電光１１２を電力に変換できる温度が設定されるものとする。
　例えば、受電側制御部３６０は、温度センサー３１２が検出した温度情報を取得して、その取得した温度情報を給電側制御部１５０に通知する処理を実行し、給電側制御部１５０は、通知された温度情報に基づき給電光１１２の出力レベルを下げるか上げるか判断し、給電光１１２の出力レベルを切り替える処理を実行する。
　具体的には、受電側制御部３６０は、取得した温度情報を発信部３２０から信号光３２５として出力し、給電側制御部１５０に通知する。
　給電側制御部１５０は、受電側制御部３６０から通知された温度情報に基づき、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値以上である場合に、半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを下げる処理を実行し、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値未満である場合に、半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを上げる処理を実行する。
　例えば、給電用半導体レーザー１１１は、給電側制御部１５０の制御のもと、デューティー比の異なるPWM方式の給電光１１２を出力可能であり、給電光１１２の出力レベルを下げるようにデューティー比が小さい給電光１１２を出力し、給電光１１２の出力レベルを上げるようにデューティー比が大きい給電光１１２を出力するものとする。
　ここで、給電用半導体レーザー１１１が給電光１１２のデューティー比を0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0の６段階に切り替えて出力することができる場合に、給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１がデューティー比0.6の給電光１１２を出力して受電装置３１０を含む第２のデータ通信装置３００に電力を供給しているとする。
　そして、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値以上である場合、給電用半導体レーザー１１１は１段階出力レベルを下げたデューティー比0.4の給電光１１２を出力するように切り替える。
　そして所定時間後も、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値以上である場合、給電用半導体レーザー１１１は更に１段階出力レベルを下げて、デューティー比0.2の給電光１１２を出力するように切り替える。
　一方所定時間後に、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値未満であった場合、給電用半導体レーザー１１１は１段階出力レベルを上げて、デューティー比0.6の給電光１１２を出力するように切り替える。
　また、給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１がデューティー比0.6の給電光１１２を出力している状態で、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値未満である場合、給電用半導体レーザー１１１は１段階出力レベルを上げたデューティー比0.8の給電光１１２を出力するように切り替える。
　そして所定時間後も、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値未満である場合、給電用半導体レーザー１１１は更に１段階出力レベルを上げて、デューティー比1.0の給電光１１２を出力するように切り替える。
　一方所定時間後に、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値以上であった場合、給電用半導体レーザー１１１は１段階出力レベルを下げて、デューティー比0.6の給電光１１２を出力するように切り替える。
　こうして、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値以上である場合には給電用半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを下げて、受電装置３１０（光電変換素子３１１）への給電光１１２の供給を抑え、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値未満である場合には給電用半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを上げて、受電装置３１０（光電変換素子３１１）への給電光１１２の供給を積極的に行うことができる。
　このように、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度に応じて、給電用半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを切り替えることで、光電変換素子３１１の温度が変動し難くなり、閾値に定めた温度を維持し易くなる。
　つまり、受電装置３１０の光電変換素子３１１の温度変化に応じて、給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを切り替えることによって、給電光１１２の過剰供給を抑えることができ、給電光１１２の過剰供給により光電変換素子３１１が高温に発熱することはなく、給電光１１２として受電装置３１０（光電変換素子３１１）に供給された電気エネルギーが熱となって失われてしまうエネルギーロスを低減することができる。
　特に、光電変換素子３１１の温度を、光電変換素子３１１が給電光１１２を電力に効率よく変換するのに適した温度に維持するようにすれば、給電装置１１０から受電装置３１０に効率よく電力供給できる。
　また、光電変換素子３１１の温度が高温になり過ぎないように維持するようにすれば、光電変換素子３１１がオーバーヒートするなど損傷するのを防ぐことができる。
　また、上記実施形態では、給電側制御部１５０が、受電側制御部３６０から通知された温度情報に基づき給電光１１２の出力レベルを下げるか上げるか判断して、給電光１１２の出力レベルを切り替える処理を実行したが、受電側制御部３６０が温度情報に基づいて給電光１１２の出力レベルを下げるか上げるか判断してもよい。
　つまり、受電側制御部３６０は、取得した温度情報に基づき給電光１１２の出力レベルを下げるか上げるか判断し、判断した出力レベルの切替情報を給電側制御部１５０に通知する処理を実行し、給電側制御部１５０は、通知された出力レベルの切替情報に基づき給電光１１２の出力レベルを切り替える処理を実行する。
　具体的には、受電側制御部３６０は、取得した温度情報に基づき、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値以上である場合に給電光１１２の出力レベルを下げるとの判断をし、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が所定の閾値未満である場合に給電光１１２の出力レベルを上げるとの判断をし、その判断した出力レベルの切替情報を発信部３２０から信号光３２５として出力し、給電側制御部１５０に通知する。
　給電側制御部１５０は、受電側制御部３６０から通知された出力レベルの切替情報が、給電光１１２の出力レベルを下げる切替情報であるとき、半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを下げる処理を実行し、受電側制御部３６０から通知された出力レベルの切替情報が、給電光１１２の出力レベルを上げる切替情報であるとき、半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを上げる処理を実行する。
　なお、ここでも給電用半導体レーザー１１１は、給電側制御部１５０の制御のもと、給電光１１２の出力レベルを下げるようにデューティー比が小さい給電光１１２を出力し、給電光１１２の出力レベルを上げるようにデューティー比が大きい給電光１１２を出力する。
　このように、受電側制御部３６０が取得した温度情報に基づいて給電光１１２の出力レベルを下げるか上げるか判断し、給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１が出力する給電光１１２の出力レベルを切り替えるようにしても、給電光１１２の過剰供給を抑えることができ、給電光１１２として受電装置３１０（光電変換素子３１１）に供給された電気エネルギーが熱となって失われてしまうエネルギーロスを低減することができる。
　なお、上述した給電光１１２の出力レベルの切り替え処理では、所定の閾値で１つの境界を定め、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度がその閾値を超えたか否かによって給電光の出力レベルを下げたり上げたり切り替えるようにしたが、所定の閾値は１つの境界を定めるものでなく、上限の閾値と下限の閾値とで２つの境界を定めるものでもよい。
　その場合、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が上限の閾値以上である場合に給電光１１２の出力レベルを下げるように切り替え、温度センサー３１２が検出した光電変換素子３１１の温度が下限の閾値未満である場合に給電光１１２の出力レベルを上げるように切り替えるようにすればよい。
　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。
　本発明は、以上のように構成されていることから、光ファイバー給電システムとして利用できる。
１Ａ　　光ファイバー給電システム（光給電システム）
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
１５０　給電側制御部
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
３１２　温度センサー
３２０　発信部
３２５　信号光
３３０　受信部
３５０　光入出力部
３５１　光コネクタ
３６０　受電側制御部

Claims (6)

  1. 　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、前記給電装置による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、前記給電装置から前記受電装置に前記給電光を伝送する光ファイバーケーブルを備えた光ファイバー給電システムであって、
    　前記光電変換素子の温度を検出する温度センサーと、
    　前記温度センサーが検出した温度が所定の閾値以上である場合に前記給電光の出力レベルを下げる処理を実行し、前記温度が所定の閾値未満である場合に前記給電光の出力レベルを上げる処理を実行する制御部と、
    　を備えた光ファイバー給電システム。
  2. 　前記給電装置を含む第１のデータ通信装置と、前記受電装置を含み前記第１のデータ通信装置と光通信する第２のデータ通信装置と、を備え、
    　前記制御部は、前記第２のデータ通信装置に含まれ、前記温度センサーが検出した温度情報を取得する受電側制御部と、前記第１のデータ通信装置に含まれ、前記受電側制御部が取得した前記温度情報に応じて前記半導体レーザーが出力する前記給電光の出力レベルを切り替える処理を実行する給電側制御部と、を有する請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
  3. 　前記受電側制御部は、前記温度情報を光通信にて前記給電側制御部に通知する処理を実行し、
    　前記給電側制御部は、通知された前記温度情報に基づき前記給電光の出力レベルを下げるか上げるか判断し、前記給電光の出力レベルを切り替える処理を実行する請求項２に記載の光ファイバー給電システム。
  4. 　前記受電側制御部は、前記温度情報に基づき前記給電光の出力レベルを下げるか上げるか判断し、判断した出力レベルの切替情報を光通信にて前記給電側制御部に通知する処理を実行し、
    　前記給電側制御部は、通知された出力レベルの切替情報に基づき前記給電光の出力レベルを切り替える処理を実行する請求項２に記載の光ファイバー給電システム。
  5. 　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から請求項４のうちいずれか一に記載の光ファイバー給電システム。
  6. 　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から請求項５のうちいずれか一に記載の光ファイバー給電システム。
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