WO2021019995A1 - 光ファイバー給電システム - Google Patents

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WO2021019995A1
WO2021019995A1 PCT/JP2020/025374 JP2020025374W WO2021019995A1 WO 2021019995 A1 WO2021019995 A1 WO 2021019995A1 JP 2020025374 W JP2020025374 W JP 2020025374W WO 2021019995 A1 WO2021019995 A1 WO 2021019995A1
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light
wavelength
power
feeding
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PCT/JP2020/025374
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知丈 杉目
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京セラ株式会社
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    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • This disclosure relates to an optical fiber power supply system.
  • 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 feeding light and a second clad formed around the first clad and having a lower 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.
  • optical power supply further improvement in optical power supply efficiency is required. As one of the reasons, improvement of photoelectric conversion efficiency on the power feeding side and the power receiving side is required.
  • a power supply device that includes a semiconductor laser that oscillates with electric power and outputs power supply light, A power receiving device including a photoelectric conversion element that converts the feed light into electric power, An optical fiber cable having one end connectable to the power supply device and the other end connectable to the power receiving device to transmit the power supply light. It includes a conversion unit that converts the wavelength of the feed light.
  • 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 an optical power supply system via an optical fiber and an optical communication system, and is a power supply device (PSE: Power Sourcing Equipment). It includes a first data communication device 100 including 110, an optical fiber cable 200, and a second data communication device 300 including a power receiving device (PD: Powered Device) 310.
  • PSE Power Sourcing Equipment
  • 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 from the electrical 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 exerts 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 exerts the light-electricity conversion effect of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311, the same material as in the first embodiment is 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.
  • FIG. 5 shows a configuration having a wavelength conversion function in which the conversion unit 360 for converting the wavelength of the feed light is arranged between the other end 202A of the optical fiber cable 200A and the photoelectric conversion element 311 of the power receiving device 310 in the above-mentioned optical fiber power supply system 1A.
  • Example (1) is shown.
  • the same reference numerals will be given to the configurations already described, and unless otherwise specified, the same configurations as those already described will be used.
  • the semiconductor material of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311 a semiconductor material having a short wavelength laser wavelength of 500 nm or less can be used. Further, 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, can be used. In this way, even when the conditions of the semiconductor material are the same for the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311, the laser wavelength output by the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 311 are maximum.
  • a conversion unit 360 is provided between the other end 202A of the optical fiber cable 200A and the photoelectric conversion element 311.
  • the conversion unit 360 converts the wavelength of the feeding light 112 output from the feeding semiconductor laser 111 and transmitted through the optical fiber cable 200A.
  • the conversion unit 360 converts the laser wavelength ⁇ 1 output by the power feeding semiconductor laser 111 so as to match or approach the maximum photoelectric conversion efficiency wavelength ⁇ 2 of the photoelectric conversion element 311 (see FIG. 6).
  • the maximum photoelectric conversion efficiency wavelength ⁇ 2 of the photoelectric conversion element 311 is longer than the laser wavelength ⁇ 1 of the power feeding semiconductor laser 111, a conversion unit 360 for lengthening the laser wavelength ⁇ 1 is used, and the laser of the power feeding semiconductor laser 111 is used.
  • the maximum photoelectric conversion efficiency wavelength ⁇ 2 of the photoelectric conversion element 311 is shorter than the wavelength ⁇ 1, the conversion unit 360 that shortens the laser wavelength ⁇ 1 is used.
  • the conversion unit 360 for example, a phosphor is used.
  • the phosphor has a physical property of absorbing light of a specific wavelength and emitting light of a wavelength different from the absorbed light.
  • a phosphor having a characteristic of stokes-shifting the laser wavelength ⁇ 1 of the feed light 112 to the maximum wavelength ⁇ 2 of photoelectric conversion efficiency is used.
  • the phosphor may be either a transmissive type or a reflective type.
  • the conversion unit 360 may use another configuration that performs wavelength conversion, such as an optical device capable of converting the wavelength of the laser light reflected by the diffraction grating. It is also possible to use a non-linear crystal (BBO crystal, LBO crystal, BiBO crystal, etc.) as the conversion unit 360.
  • the non-linear crystal can shorten the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112.
  • the configuration includes the conversion unit 360 that converts the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112, it is possible to improve the photoelectric conversion efficiency in the light feeding.
  • the conversion unit 360 is arranged between the optical fiber cable 200A and the power receiving device 310 as in the configuration example (1) having a wavelength conversion function
  • the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112 is set to the photoelectric conversion element 311.
  • Photoelectric conversion efficiency It is possible to match or approach the maximum wavelength ⁇ 2, convert the feed light into electric power with higher efficiency, and supply electric power with higher efficiency.
  • the conditions of the semiconductor material are the same for the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311 is mentioned, these are not essential.
  • the conditions of the semiconductor material may be different between the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311. Even in that case, by configuring the conversion unit 360 so that the laser wavelength ⁇ 1 of the feed light can match or approach the maximum photoelectric conversion efficiency wavelength ⁇ 2 of the photoelectric conversion element 311, the feed light can be supplied with higher efficiency. It can be converted into electric power.
  • FIG. 7 has a wavelength conversion function in which the conversion unit 370 for converting the wavelength of the feeding light 112 is arranged between the feeding semiconductor laser 111 of the feeding device 110 and one end 201A of the optical fiber cable 200A in the above-mentioned optical fiber feeding system 1A.
  • a configuration example (2) is shown.
  • the semiconductor material of the power feeding semiconductor laser 111 a semiconductor material having a short wavelength laser wavelength of 500 nm or less can be used. Further, 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, can be used. Such a power feeding semiconductor laser 111 can have high energy conversion efficiency, but a short wavelength laser tends to reduce the transmission efficiency in the optical fiber cable 200A, and the loss increases as the transmission distance increases.
  • a conversion unit 370 is provided between the power feeding semiconductor laser 111 and one end 201A of the optical fiber cable 200A.
  • the conversion unit 370 converts the laser wavelength of the feeding light 112 output from the feeding semiconductor laser 111 and before entering the optical fiber cable 200A.
  • the conversion unit 370 converts the laser wavelength output by the power feeding semiconductor laser 111 so as to extend it.
  • a phosphor is used as the conversion unit 370.
  • the phosphor may be either a transmissive type or a reflective type.
  • the conversion unit 370 may use another configuration that performs wavelength conversion, such as an optical device capable of converting the wavelength of the laser light reflected by the diffraction grating.
  • the conversion unit 370 When the conversion unit 370 is arranged between the power supply device 110 and the optical fiber cable 200A as in the configuration example (2) having a wavelength conversion function, the conversion unit 370 extends the laser wavelength ⁇ 1 of the power supply light 112. Therefore, the transmission efficiency of the feeding light 112 transmitted in the optical fiber cable 200A is enhanced, the feeding light 112 can be incident on the power receiving device 310 with reduced loss, and power can be supplied with higher efficiency. In addition, the transmission distance of the power supply can be extended.
  • the maximum wavelength of the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 311 of the power receiving device 310 is set to a value equal to or similar to the laser wavelength of the feeding light 112 converted by the conversion unit 370. It is preferable to appropriately select the conditions of the semiconductor material of the photoelectric conversion element 311.
  • FIG. 8 shows that in the above-mentioned optical fiber power feeding system 1A, the conversion unit 380 is arranged between the other end 202A of the optical fiber cable 200A and the photoelectric conversion element 311 of the power receiving device 310, and the conversion unit 370 is a power feeding semiconductor laser of the power feeding device 110.
  • a configuration example (3) having a wavelength conversion function arranged between the 111 and one end 201A of the optical fiber cable 200A is shown.
  • the conversion unit 370 a configuration that performs wavelength conversion, such as the above-mentioned phosphor or an optical device that converts the wavelength of laser light, is used.
  • the conversion unit 380 a configuration that performs wavelength conversion, such as an optical device that converts the wavelength of laser light such as the above-mentioned phosphor or non-linear crystal, is used. Then, the conversion unit 370 selects one having a characteristic of extending the laser wavelength of the feeding light 112 before entering the optical fiber cable 200A, which is output from the feeding semiconductor laser 111. Further, the conversion unit 380 selects one having a characteristic of shortening the wavelength of the feed light 112 transmitted through the optical fiber cable 200A.
  • the conversion unit 380 and the conversion unit 370 are arranged on both sides of the optical fiber cable 200A as in the configuration example (3) having a wavelength conversion function, the transmission efficiency of the feeding light 112 transmitted in the optical fiber cable 200A is enhanced. It becomes possible. Further, since the laser wavelength extended by the conversion unit 370 can be shortened by the conversion unit 380, it is possible to match the conditions of the semiconductor material of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311. Therefore, for example, for both the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311, a semiconductor material having a short wavelength laser wavelength of 500 nm or less, diamond, gallium oxide, and nitride, which can obtain high photoelectric conversion efficiency, can be obtained.
  • the laser wavelength can be matched with or close to the maximum photoelectric conversion efficiency wavelength. Therefore, by improving the transmission efficiency and the photoelectric conversion efficiency, it is possible to realize the power supply by the optical power supply with higher efficiency.
  • the conversion unit 380 may be selected to have a characteristic of further extending the laser wavelength.
  • FIG. 9 shows a configuration having a wavelength conversion function in which the conversion unit 360 for converting the wavelength of the feed light is arranged between the other end 202 of the optical fiber cable 200 and the photoelectric conversion element 311 of the power receiving device 310 in the above-mentioned optical fiber power supply system 1.
  • Example (4) is shown.
  • the conversion unit 360 is the same as that illustrated in the configuration example (1) having the wavelength conversion function of FIG. 5 described above.
  • the conversion unit 360 is arranged between the optical input / output unit 350 and the optical connector 351 and is provided so that the feeding light 112 transmitted through the optical fiber cable 200 is incident.
  • the conversion unit 360 converts the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112 so as to match or approach the maximum photoelectric conversion efficiency wavelength ⁇ 2 of the photoelectric conversion element 311.
  • the conversion unit 360 may be arranged so as not to affect the signal lights 125 and 325, and is between the other end 202 of the optical fiber cable 200 and the optical connector 240, or between the optical input / output unit 350 and the power receiving device 310. It may be arranged.
  • the conversion unit 360 converts the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112 into the photoelectric conversion element 311. Since the efficiency matches or approaches the maximum wavelength ⁇ 2, the feed light can be converted into electric power with higher efficiency.
  • FIG. 10 shows a configuration having a wavelength conversion function in which the conversion unit 370 for converting the wavelength of the feeding light is arranged between the feeding semiconductor laser 111 of the feeding device 110 and one end 201 of the optical fiber cable 200 in the above-mentioned optical fiber feeding system 1.
  • Example (5) is shown.
  • the conversion unit 370 is the same as that illustrated in the configuration example (2) having the wavelength conversion function of FIG. 7 described above.
  • the conversion unit 370 is arranged between the optical input / output unit 140 and the optical connector 141, and is provided so that the feeding light 112 is incident in front of the optical fiber cable 200.
  • the conversion unit 370 converts the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112 so as to extend it.
  • the conversion unit 370 may be arranged so as not to affect the signal lights 125 and 325, and is between the optical connector 230 and one end 201 of the optical fiber cable 200, or between the optical input / output unit 140 and the power supply device 110. It may be arranged.
  • the conversion unit 370 lengthens the laser wavelength ⁇ 1 of the feeding light 112 to make the optical fiber cable. It is possible to suppress the loss of the feeding light 112 transmitted in the 200 and supply electric power with higher efficiency.
  • the conversion unit 380 and the conversion unit 370 are the same as those illustrated in the configuration example (3) having the wavelength conversion function of FIG. 8 described above, respectively.
  • the conversion unit 380 is arranged between the optical input / output unit 350 and the optical connector 351 and the conversion unit 370 is arranged between the optical input / output unit 140 and the optical connector 141.
  • the conversion unit 370 extends the laser wavelength of the feed light 112, and the conversion unit 380 shortens the wavelength of the feed light 112.
  • the conversion unit 380 may be arranged so as not to affect the signal lights 125 and 325, and may be located between the other end 202 of the optical fiber cable 200 and the optical connector 240, or between the optical input / output unit 350 and the power receiving device 310. It may be placed in between. Further, the conversion unit 370 may be arranged so as not to affect the signal lights 125 and 325, and is between the optical connector 230 and one end 201 of the optical fiber cable 200, or between the optical input / output unit 140 and the power supply device 110. It may be arranged.
  • the optical power supply is performed with higher efficiency by improving the transmission efficiency and the photoelectric conversion efficiency. It is possible to realize the power supply by.
  • the conversion unit 360, the conversion unit 370, or the conversion unit 380 exemplifies a configuration that does not affect the signal lights 125 and 325, but the configuration is limited to this. Absent.
  • the signal semiconductor lasers 121 and 321 of the transmitters 120 and 320 and the power feeding semiconductor laser 111 of the power feeding device 110 have the same semiconductor material conditions, and the signal photodiodes 131 and 331 and the photoelectric conversion element of the power receiving device 310 are used.
  • the conditions of the semiconductor material are made equal to those of 311.
  • the semiconductor materials of the signal semiconductor lasers 121 and 321 and the photoelectric conversion element 311 are semiconductor materials having a short wavelength of 500 nm or less, and further, diamond, gallium oxide, aluminum nitride, and GaN.
  • the laser wavelengths of the signal lights 125 and 325 may also be converted like the feed light 112.
  • the conversion unit 360A (or 380A) is replaced with the conversion unit 360 (or 380).
  • the conversion unit 360A (or 380A) has a region 361A (or 381A) for converting the laser wavelength of the feed light 112 and a region 362A (or 382A) for converting the laser wavelength of the signal light 125,325, and has a region 361A (or 382A).
  • the boundary between the 381A) and the region 362A (or 382A) is optically blocked so that the feeding light 112 and the signal lights 125 and 325 do not interfere with each other.
  • a conversion unit 370A may be provided between one end 201 of the optical fiber cable 200 and the power feeding semiconductor laser 111 of the power supply device 110 instead of the conversion unit 370.
  • the conversion unit 370A also has a region 371A for converting the laser wavelength of the feed light 112 and a region 372A for converting the laser wavelength of the signal lights 125 and 325, and the boundary between the region 371A and the region 372A is the feed light 112. It is optically blocked so that it does not interfere with the signal lights 125 and 325.
  • feeding light 112 and the signal lights 125 and 325 may have independent conversion units.
  • the signal light 125,325 by configuring the signal light 125,325 to perform wavelength conversion, it is possible to improve the transmission efficiency or photoelectric conversion efficiency of the signal light 125,325 and perform stable communication. It becomes. Further, the conditions of the semiconductor materials of the signal semiconductor lasers 121 and 321 of the transmitters 120 and 320 and the signal photodiodes 131 and 331 are matched with the conditions of the semiconductor material of the power feeding semiconductor laser 111 and the photoelectric conversion element 311. This makes it possible to standardize parts and members, and improve system efficiency.
  • FIGS. 9 to 11 show an example in which the configuration having the wavelength conversion function is applied to the optical fiber feeding system 1, but similarly to these, the configuration having the wavelength conversion function is also applied to the optical fiber feeding system 1B. It is possible.
  • the optical power supply system according to the present invention has industrial applicability for an optical power supply system that supplies power by changing the laser wavelength.
  • Optical fiber power supply system 100 First data communication device 110 Power supply device 111 Power supply semiconductor laser 112 Power supply light 120 Transmission unit 121 Signal semiconductor laser 124 Transmission data 125 Signal light 130 Reception unit 131 Signal photodiode 140 Light Input / output unit 200, 200A, 200B Optical fiber cable 210 Core 220 Clad 250, 250A, 260, 270 Optical fiber 300 Second data communication device 310 Power receiving device 311 Photodiode conversion element 320 Transmitter unit 321 Signal semiconductor laser 324 Transmission data 325 Signal light 330 Receiver 331 Signal photodiode 340 Data processing unit 350 Optical input / output unit 360, 360A, 370, 370A, 380, 380A Conversion unit

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Abstract

光給電効率の向上を図るために、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、一端が給電装置に接続可能とされ、他端が受電装置に接続可能とされ、給電光を伝送する光ファイバーケーブル２００と、給電光の波長を変換する変換部３６０とを備え、変換部３６０の波長変換により給電光の光給電効率の向上が図られている。

Description

光ファイバー給電システム
　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。
特開２０１０－１３５９８９号公報
　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、
　一端が前記給電装置に接続可能とされ、他端が前記受電装置に接続可能とされ、前記給電光を伝送する光ファイバーケーブルと、
　前記給電光の波長を変換する変換部と、を備えている。
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１実施形態に係る光ファイバー給電システムの波長変換機能を有する構成例(1)の構成図である。 給電用半導体レーザーのレーザー波長と出力の関係を示す線図である。 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波長変換機能を有する構成例(2)の構成図である。 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波長変換機能を有する構成例(3)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波長変換機能を有する構成例(4)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波長変換機能を有する構成例(5)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波長変換機能を有する構成例(6)の構成図である。 光ファイバーケーブルと光電変換素子との間に配置される変換部の他の例を示す構成図である。 給電装置と光ファイバーケーブルとの間に配置される変換部の他の例を示す構成図である。
　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(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。
　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）給電光の波長を変換する構成について
［波長変換機能を有する構成例(1)］
　次に、給電光の波長を変換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１Ａにおいて、給電光の波長を変換する変換部３６０を光ファイバーケーブル２００Ａの他端２０２Ａと受電装置３１０の光電変換素子３１１との間に配置した波長変換機能を有する構成例(1)を示している。
　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。
　前述したように、給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１の半導体材料は、５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体材料が使用され得る。さらには、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が使用され得る。
　このように、給電用半導体レーザー１１１と光電変換素子３１１とで半導体材料の条件を等しくした場合であっても、給電用半導体レーザー１１１が出力するレーザー波長と光電変換素子３１１における光電変換効率が最大となるレーザー波長（以下、「光電変換効率最大波長」という）とが一致しない場合がある。
　例えば、図６に示すように、給電用半導体レーザー１１１が出力するレーザー波長λＴ＝λ１、光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λＲ＝λ２であって、λ１≠λ２の場合、光電変換効率が低下する。
　そこで、光ファイバーケーブル２００Ａの他端２０２Ａと光電変換素子３１１との間に変換部３６０を設けている。変換部３６０は、給電用半導体レーザー１１１から出力され、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の波長を変換する。変換部３６０は、給電用半導体レーザー１１１が出力するレーザー波長λ１を、光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２に一致又は近づくように変換する（図６参照）。
　給電用半導体レーザー１１１のレーザー波長λ１よりも光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２の方が長い場合には、レーザー波長λ１を長くする変換部３６０が使用され、給電用半導体レーザー１１１のレーザー波長λ１よりも光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２の方が短い場合には、レーザー波長λ１を短くする変換部３６０が使用される。
　変換部３６０としては、例えば、蛍光体が用いられる。蛍光体は、特定の波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を放出する物理的な性質を有している。
　図６に示すように、蛍光体は、給電光１１２のレーザー波長λ１を光電変換効率最大波長λ２にストークシフトさせる特性を有するものが使用される。
　蛍光体は、透過型、反射型いずれであっても良い。また、変換部３６０としては、回折格子を用いて反射するレーザー光の波長を変換させることが可能な光学デバイス等、波長変換を行う他の構成を使用しても良い。
　また、変換部３６０として非線形結晶（BBO結晶、LBO結晶、BiBO結晶等）を使用することも可能である。非線形結晶は、給電光１１２のレーザー波長λ１を短くすることが出来る。
　このように、給電光１１２のレーザー波長λ１を変換する変換部３６０を有する構成とした場合には、光給電における光電変換効率の向上を図ることが可能である。
　例えば、波長変換機能を有する構成例(1)のように、光ファイバーケーブル２００Ａと受電装置３１０との間に変換部３６０を配置した場合には、給電光１１２のレーザー波長λ１を光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２に一致又は近づけることができ、より高い効率で給電光を電力に変換することができ、より高い効率で電力を供給することが可能となる。
　なお、給電用半導体レーザー１１１と光電変換素子３１１とで半導体材料の条件を等しくした場合について言及したが、これらは必須ではない。給電用半導体レーザー１１１と光電変換素子３１１とで半導体材料の条件が異なっていてもよい。その場合であっても、給電光のレーザー波長λ１を光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２に一致又は近づけることができるように変換部３６０を構成することにより、より高い効率で給電光を電力に変換することが可能となる。
［波長変換機能を有する構成例(2)］
　図７は前述した光ファイバー給電システム１Ａにおいて、給電光１１２の波長を変換する変換部３７０を給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１と光ファイバーケーブル２００Ａの一端２０１Ａとの間に配置した波長変換機能を有する構成例(2)を示している。
　前述したように、給電用半導体レーザー１１１の半導体材料は、５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体材料が使用され得る。さらには、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が使用され得る。
　このような給電用半導体レーザー１１１は、高いエネルギー変換効率となりうるが、短波長のレーザーは光ファイバーケーブル２００Ａ内の伝送効率が低下し易く、伝送距離が長くなると損失が大きくなる。
　そこで、給電用半導体レーザー１１１と光ファイバーケーブル２００Ａの一端２０１Ａとの間に変換部３７０を設けている。
　変換部３７０は、給電用半導体レーザー１１１から出力され、光ファイバーケーブル２００Ａ内に侵入する前の給電光１１２のレーザー波長を変換する。変換部３７０は、給電用半導体レーザー１１１が出力するレーザー波長を伸長するように変換する。
　変換部３７０としては、例えば、蛍光体が用いられる。蛍光体は、透過型、反射型いずれであっても良い。また、変換部３７０としては、回折格子を用いて反射するレーザー光の波長を変換させることが可能な光学デバイス等、波長変換を行う他の構成を使用しても良い。
　波長変換機能を有する構成例(2)のように、給電装置１１０と光ファイバーケーブル２００Ａとの間に変換部３７０を配置した場合には、当該変換部３７０が給電光１１２のレーザー波長λ１を伸長するので、光ファイバーケーブル２００Ａ内を伝送する給電光１１２の伝送効率が高められ、損失を抑えて給電光１１２を受電装置３１０に入射させることができ、より高い効率で電力を供給することができる。
　また、給電の伝送距離を延長することが可能となる。
　なお、上記変換部３７０を設ける場合、受電装置３１０の光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長が、変換部３７０によって変換された給電光１１２のレーザー波長と同一又は近似する値となるように、光電変換素子３１１の半導体材料の条件を適宜選択することが好ましい。
［波長変換機能を有する構成例(3)］
　図８は前述した光ファイバー給電システム１Ａにおいて、変換部３８０を光ファイバーケーブル２００Ａの他端２０２Ａと受電装置３１０の光電変換素子３１１との間に配置し、変換部３７０を給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１と光ファイバーケーブル２００Ａの一端２０１Ａとの間に配置した波長変換機能を有する構成例(3)を示している。
　変換部３７０としては、前述した蛍光体やレーザー光の波長を変換させる光学デバイス等、波長変換を行う構成が使用される。
　変換部３８０としては、前述した蛍光体や非線形結晶等のレーザー光の波長を変換させる光学デバイス等、波長変換を行う構成が使用される。
　そして、変換部３７０は、給電用半導体レーザー１１１から出力され、光ファイバーケーブル２００Ａ内に侵入する前の給電光１１２のレーザー波長を伸長させる特性のものを選択する。
　また、変換部３８０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の波長を短縮する特性のものを選択する。
　波長変換機能を有する構成例(3)のように、光ファイバーケーブル２００Ａの両側に変換部３８０と変換部３７０とを配置した場合には、光ファイバーケーブル２００Ａ内を伝送する給電光１１２の伝送効率を高めることが可能となる。
　さらに、変換部３７０で伸長したレーザー波長を変換部３８０で短縮することができるので、給電用半導体レーザー１１１と光電変換素子３１１とについて、の半導体材料の条件を揃えることが可能となる。従って、例えば、給電用半導体レーザー１１１と光電変換素子３１１の両方について、高い光電変換効率を得ることが可能な、５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体材料や、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選択した場合でも、レーザー波長を光電変換効率最大波長に一致又は近づけることができる。
　従って、伝送効率の向上と光電変換効率の向上とにより、より高い効率で光給電による電力供給を実現することが可能となる。
　なお、変換部３７０で伸長した波長よりも光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長の方が長い場合には、変換部３８０にはレーザー波長をより伸長する特性のものを選択しても良い。
［波長変換機能を有する構成例(4)］
　図９は前述した光ファイバー給電システム１において、給電光の波長を変換する変換部３６０を光ファイバーケーブル２００の他端２０２と受電装置３１０の光電変換素子３１１との間に配置した波長変換機能を有する構成例(4)を示している。
　変換部３６０は、前述した図５の波長変換機能を有する構成例(1)で例示したものと同一である。
　変換部３６０は、光入出力部３５０と光コネクタ３５１の間に配置され、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が入射するように設けられている。変換部３６０は、給電光１１２のレーザー波長λ１を、光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２に一致又は近づくように変換する。
　なお、変換部３６０は、信号光１２５，３２５に影響を及ぼさない配置であれば良く、光ファイバーケーブル２００の他端２０２と光コネクタ２４０の間や、光入出力部３５０と受電装置３１０の間に配置しても良い。
　上記波長変換機能を有する構成例(4)の場合も、波長変換機能を有する構成例(1)の場合のように、変換部３６０が給電光１１２のレーザー波長λ１を光電変換素子３１１の光電変換効率最大波長λ２に一致又は近づけるので、より高い効率で給電光を電力に変換することが可能となる。
［波長変換機能を有する構成例(5)］
　図１０は前述した光ファイバー給電システム１において、給電光の波長を変換する変換部３７０を給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１と光ファイバーケーブル２００の一端２０１との間に配置した波長変換機能を有する構成例(5)を示している。
　変換部３７０は、前述した図７の波長変換機能を有する構成例(2)で例示したものと同一である。
　変換部３７０は、光入出力部１４０と光コネクタ１４１の間に配置され、光ファイバーケーブル２００の手前で給電光１１２が入射するように設けられている。変換部３７０は、給電光１１２のレーザー波長λ１を伸長するように変換する。
　なお、変換部３７０は、信号光１２５，３２５に影響を及ぼさない配置であれば良く、光コネクタ２３０と光ファイバーケーブル２００の一端２０１との間や、光入出力部１４０と給電装置１１０の間に配置しても良い。
　上記波長変換機能を有する構成例(5)の場合も、波長変換機能を有する構成例(2)の場合のように、変換部３７０が給電光１１２のレーザー波長λ１を長くすることにより、光ファイバーケーブル２００内を伝送する給電光１１２の損失を抑え、より高い効率で電力を供給することが可能となる。
［波長変換機能を有する構成例(6)］
　図１１は前述した光ファイバー給電システム１において、変換部３８０を光ファイバーケーブル２００の他端２０２と光電変換素子３１１との間に配置し、変換部３７０を給電用半導体レーザー１１１と光ファイバーケーブル２００の一端２０１との間に配置した波長変換機能を有する構成例(6)を示している。
　変換部３８０と変換部３７０は、それぞれ、前述した図８の波長変換機能を有する構成例(3)で例示したものと同一である。
　変換部３８０は光入出力部３５０と光コネクタ３５１の間に配置され、変換部３７０は光入出力部１４０と光コネクタ１４１の間に配置される。
　変換部３７０は、給電光１１２のレーザー波長を伸長し、変換部３８０は、給電光１１２の波長を短縮する。
　この場合も、変換部３８０は、信号光１２５，３２５に影響を及ぼさない配置であれば良く、光ファイバーケーブル２００の他端２０２と光コネクタ２４０の間や、光入出力部３５０と受電装置３１０の間に配置しても良い。
　また、変換部３７０は、信号光１２５，３２５に影響を及ぼさない配置であれば良く、光コネクタ２３０と光ファイバーケーブル２００の一端２０１との間や、光入出力部１４０と給電装置１１０の間に配置しても良い。
　上記波長変換機能を有する構成例(6)の場合も、波長変換機能を有する構成例(3)の場合のように、伝送効率の向上と光電変換効率の向上とにより、より高い効率で光給電による電力供給を実現することが可能となる。
［変換部と信号光との関係］
　前述した図９～図１１に示した光ファイバー給電システム１では、いずれも、変換部３６０、変換部３７０又は変換部３８０は信号光１２５，３２５に影響を及ぼさない構成を例示したがこれに限られない。
　例えば、発信部１２０，３２０の信号用半導体レーザー１２１，３２１と給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１とで半導体材料の条件を等しくし、信号用フォトダイオード１３１，３３１と受電装置３１０の光電変換素子３１１とで半導体材料の条件を等しくする。
　具体的には、信号用半導体レーザー１２１，３２１及び光電変換素子３１１の半導体材料を５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体材料を使用し、さらには、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使用した場合には、信号光１２５，３２５のレーザー波長も給電光１１２のように変換する構成としても良い。
　その場合、例えば、図１２に示すように、光ファイバーケーブル２００の他端２０２と受電装置３１０の光電変換素子３１１との間に、変換部３６０（又は３８０）に替えて、変換部３６０Ａ（又は３８０Ａ）を設けてもよい。
　変換部３６０Ａ（又は３８０Ａ）は、給電光１１２のレーザー波長を変換する領域３６１Ａ（又は３８１Ａ）と信号光１２５，３２５のレーザー波長を変換する領域３６２Ａ（又は３８２Ａ）とを有し、領域３６１Ａ（又は３８１Ａ）と領域３６２Ａ（又は３８２Ａ）との境界は、給電光１１２と信号光１２５，３２５とが干渉しないように光学的に遮断されている。
　また、同様に、図１３に示すように、光ファイバーケーブル２００の一端２０１と給電装置１１０の給電用半導体レーザー１１１との間に、変換部３７０に替えて、変換部３７０Ａを設けてもよい。
　この変換部３７０Ａも、給電光１１２のレーザー波長を変換する領域３７１Ａと信号光１２５，３２５のレーザー波長を変換する領域３７２Ａとを有し、領域３７１Ａと領域３７２Ａとの境界は、給電光１１２と信号光１２５，３２５とが干渉しないように、光学的に遮断されている。
　また、給電光１１２と信号光１２５，３２５とについては、それぞれ独立した変換部を有する構成としても良い。
　これらのように、信号光１２５，３２５についても波長変換を行う構成とすることにより、信号光１２５，３２５の伝送効率の向上又は光電変換効率の向上を図り、安定的な通信を行うことが可能となる。
　さらに、発信部１２０，３２０の信号用半導体レーザー１２１，３２１と信号用フォトダイオード１３１，３３１の半導体材料の条件を、給電用半導体レーザー１１１と光電変換素子３１１の半導体材料の条件とを一致させることが可能となり、部品、部材の共通化を図ることができ、システム効率の向上を図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９～図１１では波長変換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、波長変換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。
　本発明に係る光給電システムは、レーザー波長を変えて給電を行う光給電システムについて産業上の利用可能性がある。
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
１２０　発信部
１２１　信号用半導体レーザー
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
２００，２００Ａ，２００Ｂ　光ファイバーケーブル
２１０　コア
２２０　クラッド
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
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
３６０，３６０Ａ，３７０，３７０Ａ，３８０，３８０Ａ　変換部

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、
    　前記給電光を電力に変換する光電変換素子を含む受電装置と、
    　一端が前記給電装置に接続可能とされ、他端が前記受電装置に接続可能とされ、前記給電光を伝送する光ファイバーケーブルと、
    　前記給電光の波長を変換する変換部とを備える光ファイバー給電システム。
  2. 　前記変換部を前記光ファイバーケーブルと前記受電装置との間に配置した請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
  3. 　前記変換部を前記給電装置と前記光ファイバーケーブルとの間に配置した請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
  4. 　前記変換部を前記給電装置と前記光ファイバーケーブルの間と前記光ファイバーケーブルと前記受電装置の間のそれぞれに配置した請求項１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４のいずれか一項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５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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