JP6890638B2 - 光ファイバー給電システム及び光ファイバーケーブル - Google Patents
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Description
特許文献1には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第1クラッド、及び上記第1クラッドの周囲に形成され上記第1クラッドより屈折率が小さい第2クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第1クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。
上記従来技術のようにコアで信号光を、第1クラッドで給電光を伝送する場合にあっては、給電光の伝送効率を向上するために、第1クラッドにおける伝送ロスを削減することが求められる。
〔第1実施形態〕
図1に示すように本実施形態の光ファイバー給電(PoF:Power over Fiber)システム1Aは、給電装置(PSE:Power Sourcing Equipment)110と、光ファイバーケーブル200Aと、受電装置(PD:Powered Device)310を備える。
なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。
給電装置110は、給電用半導体レーザー111を含む。
光ファイバーケーブル200Aは、給電光の伝送路を形成する光ファイバー250Aを含む。
受電装置310は、光電変換素子311を含む。
給電用半導体レーザー111は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光112を出力する。
給電装置110からの給電光112が、光ファイバーケーブル200Aの一端201Aに入力され、給電光112は光ファイバー250A中を伝搬し、他端202Aから受電装置310に出力される。
短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、GaN等、レーザー波長(基本波)が200〜500nmのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
また、同半導体材料として、2.4eV以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、GaN等、バンドギャップ2.4〜6.2eVのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長(基本波)が500nmより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長(基本波)が200nmより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー111及び光電変換素子311のいずれか一方に適用してもよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
図2に示すように本実施形態の光ファイバー給電(PoF:Power over Fiber)システム1は、光ファイバーを介した給電システムと光通信システムとを含むものであり、給電装置(PSE:Power Sourcing Equipment)110を含む第1のデータ通信装置100と、光ファイバーケーブル200と、受電装置(PD:Powered Device)310を含む第2のデータ通信装置300とを備える。
給電装置110は、給電用半導体レーザー111を含む。第1のデータ通信装置100は、給電装置110のほか、データ通信を行う発信部120と、受信部130とを含む。第1のデータ通信装置100は、データ端末装置(DTE(Date Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。発信部120は、信号用半導体レーザー121と、モジュレーター122とを含む。受信部130は、信号用フォトダイオード131を含む。
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。
給電用半導体レーザー111は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光112を出力する。
受信部330の信号用フォトダイオード331は、光ファイバーケーブル200を通して伝送されてきた信号光125を電気信号に復調し、データ処理ユニット340に出力する。データ処理ユニット340は、当該電気信号によるデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ324としてモジュレーター322に出力する。
発信部320のモジュレーター322は、信号用半導体レーザー321からのレーザー光323を送信データ324に基づき変調して信号光325として出力する。
受信部130の信号用フォトダイオード131は、光ファイバーケーブル200を通して伝送されてきた信号光325を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信され、その一方で当該ノードからデータが送信データ124とされる。
第2のデータ通信装置300からの信号光325が、光ファイバーケーブル200の他端202に入力され、コア210を伝搬し、一端201から第1のデータ通信装置100に出力される。
以上のように、光ファイバーケーブル200は、一端201が第1のデータ通信装置100に接続可能とされ、他端202が第2のデータ通信装置300に接続可能とされ、給電光112を伝送する。さらに本実施形態では、光ファイバーケーブル200は、信号光125,325を双方向伝送する。
次に、グレーデッドインデックス型の第1クラッドを有する光ファイバーケーブルの実施形態につき図2及び図3に加え図5を参照して説明する。
光ファイバー250は、信号光125,325を伝送するコア210と、コア210の周囲に接して位置し給電光112を伝送する第1クラッド220と、第1クラッドの周囲に接して位置する第2クラッド221とを有する。
第1クラッド220の径方向屈折率分布は、コア210及び第2クラッド221から離れた内部位置r2における極大値からコア210及び第2クラッド221のそれぞれに接する位置r1,r3に向かって漸減する分布である。
以上の実施形態に拘わらず、コア210もグレーデッドインデックス型にして実施してもよい。
第1クラッド220の屈折率の極大値(径方向位置r2)と、コア210の屈折率(極大値)との大小関係は、任意に実施することができる。前者と後者とを等しくしてもよいし、前者を後者より高くしてもよいし、前者を後者より低くしてもよい。
また、コア、第1クラッド、第2クラッド、第3クラッドの4重構造の光ファイバーにも適用することができる。
つまり、コアをステップインデックス側マルチモードファイバーとし、給電光を伝送するクラッドをグレーデッドインデックス型マルチモードファイバーにすることもできる。
1 光ファイバー給電システム(光給電システム)
1B 光ファイバー給電システム(光給電システム)
100 第1のデータ通信装置
110 給電装置
111 給電用半導体レーザー
112 給電光
120 発信部
125 信号光
130 受信部
140 光入出力部
141 光コネクタ
200A 光ファイバーケーブル
200 光ファイバーケーブル
200B 光ファイバーケーブル
210 コア
220 クラッド(第1クラッド)
221 第2クラッド
250A 光ファイバー
250 光ファイバー
260 光ファイバー
270 光ファイバー
300 第2のデータ通信装置
310 受電装置
311 光電変換素子
320 発信部
325 信号光
330 受信部
350 光入出力部
351 光コネクタ
401 可視光
410 蓋部材
411 波長変換材
420 蓋部材
421 波長変換材
600 光伝送電源ケーブル
Claims (5)
- 電力によりレーザー発振して給電光を出力する半導体レーザーを含む給電装置と、前記給電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を備えた光ファイバー給電システムであって、
前記給電装置を含む第1のデータ通信装置と、
前記第1のデータ通信装置と光通信し、前記受電装置を含む第2のデータ通信装置と、
一端が前記第1のデータ通信装置に接続可能とされ、他端が前記第2のデータ通信装置に接続可能とされ、前記給電光及び信号光を伝送する光ファイバーケーブルとを備え、
前記光電変換素子により変換された電力が、前記第2のデータ通信装置の駆動電力とされ、
前記光ファイバーケーブルは、信号光を伝送するコアと、前記コアの周囲に接して位置し前記給電光を伝送する第1クラッドと、前記第1クラッドの周囲に接して位置する第2クラッドとを有し、
前記第1クラッドの径方向屈折率分布は、前記コア及び前記第2クラッドから離れた内部位置における極大値から前記コア及び前記第2クラッドのそれぞれに接する位置に向かって漸減する分布であり、
前記第1クラッドの前記コアに接する位置における屈折率より、前記コアの屈折率が高い光ファイバー給電システム。 - 前記第1クラッドの前記第2クラッドに接する位置における屈折率より、前記第2クラッドの屈折率が低い請求項1に記載の光ファイバー給電システム。
- 前記半導体レーザーの光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、レーザー波長500nm以下のレーザー媒体とされた請求項1又は請求項2に記載の光ファイバー給電システム。
- 光通信及び光給電用の光ファイバーケーブルであって、
信号光を伝送するコアと、前記コアの周囲に接して位置し給電光を伝送する第1クラッドと、前記第1クラッドの周囲に接して位置する第2クラッドとを有し、
前記第1クラッドの径方向屈折率分布は、前記コア及び前記第2クラッドから離れた内部位置における極大値から前記コア及び前記第2クラッドのそれぞれに接する位置に向かって漸減する分布であり、
前記第1クラッドの前記コアに接する位置における屈折率より、前記コアの屈折率が高い光ファイバーケーブル。 - 前記第1クラッドの前記第2クラッドに接する位置における屈折率より、前記第2クラッドの屈折率が低い請求項4に記載の光ファイバーケーブル。
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