光供电系统的制作方法

1.本公开涉及光供电。


背景技术：

2.最近，正在研究将电力转换为光(被称为供电光)进行传输，并将该供电光转换为电能而作为电力利用的光供电系统。
3.在专利文献1中记载了一种光通信装置，其具备：光发送机，发送通过电信号进行了调制的信号光以及用于供给电力的供电光；光纤，具有传输上述信号光的纤芯(core)、形成在上述纤芯的周围且折射率比上述纤芯小并传输上述供电光的第1包层、以及形成在上述第1包层的周围且折射率比上述第1包层小的第2包层；以及光接收机，通过对在上述光纤的第1包层传输的上述供电光进行转换而得到的电力进行动作，并将在上述光纤的纤芯传输的上述信号光转换为上述电信号。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2010
‑
135989号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.在光供电中，要求更进一步提高光供电效率。作为用于该目的之一，要求实现与受电侧的电力负载对应的效率良好的供电。
9.用于解决课题的手段
10.本公开的一个方式是一种光供电系统，具备：输出供电光的供电装置和将来自该供电装置的供电光转换为电力的受电装置，由所述受电装置转换的电力被提供给通信装置，所述光供电系统具备：
11.信息获取部，获取与基于所述通信装置的通信的工作状况相关的通信工作信息；以及
12.供电控制部，基于所述信息获取部获取到的所述通信工作信息，控制来自所述供电装置的所述供电光的输出。
13.本公开的另一个方式的光供电系统具备：
14.供电装置，输出供电光；
15.光分支器件，被输入来自所述供电装置的供电光，能够连接多个将该供电光转换为电力的受电装置；
16.检测部，检测所述光分支器件中的所述受电装置的连接数；以及
17.供电控制部，基于所述检测部检测到的所述受电装置的连接数，控制来自所述供电装置的所述供电光的输出。
附图说明
18.图1是本公开的第1实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
19.图2是本公开的第2实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
20.图3是本公开的第2实施方式涉及的光纤供电系统的结构图，是图示了光连接器等的图。
21.图4是本公开的另一个实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
22.图5是本公开的第3实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
23.图6是本公开的第3实施方式涉及的光纤供电系统的变形例的结构图。
24.图7是本公开的第4实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
25.图8是本公开的第5实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
26.图9是本公开的第5实施方式涉及的光纤供电系统的变形例的结构图。
27.图10是本公开的第6实施方式涉及的光纤供电系统的结构图。
具体实施方式
28.以下，参照附图对本公开的一个实施方式进行说明。
29.(1)系统概要
30.〔第1实施方式〕
31.如图1所示，本实施方式的光纤供电(pof：power over fiber)系统1a具备供电装置(pse：power sourcing equipment)110、光纤线缆200a、受电装置(pd：powered device)310。
32.另外，本公开中的供电装置是将电力转换为光能并进行供给的装置，受电装置是接受光能的供给并将该光能转换为电力的装置。
33.供电装置110包含供电用半导体激光器111。
34.光纤线缆200a包含形成供电光的传输路径的光纤250a。
35.受电装置310包含光电转换元件311。
36.供电装置110与电源连接，供电用半导体激光器111等被电驱动。
37.供电用半导体激光器111通过来自上述电源的电力进行激光振荡并输出供电光112。
38.光纤线缆200a的一端201a能够与供电装置110连接，另一端202a能够与受电装置310连接，传输供电光112。
39.来自供电装置110的供电光112被输入到光纤线缆200a的一端201a，供电光112在光纤250a中传播，并从另一端202a输出到受电装置310。
40.光电转换元件311将通过光纤线缆200a传输来的供电光112转换为电力。通过光电转换元件311转换的电力成为受电装置310内所需的驱动电力。进而，受电装置310能够将通过光电转换元件311转换的电力输出为外部设备用。
41.构成发挥供电用半导体激光器111以及光电转换元件311的光
‑
电间的转换效果的半导体区域的半导体材料被设为具有500nm以下的短波长的激光波长的半导体。
42.具有短波长的激光波长的半导体由于带隙大，光电转换效率高，所以可提高光供电的发电侧以及受电侧的光电转换效率，光供电效率提高。
43.为此，作为该半导体材料，例如也可以使用金刚石、氧化镓、氮化铝、gan等激光波长(基波)为200～500nm的激光介质的半导体材料。
44.此外，作为该半导体材料，可应用具有2.4ev以上的带隙的半导体。
45.例如也可以使用金刚石、氧化镓、氮化铝、gan等带隙2.4～6.2ev的激光介质的半导体材料。
46.另外，激光处于越是长波长传输效率越良好、越是短波长光电转换效率越良好的倾向。因此，在长距离传输的情况下，也可以使用激光波长(基波)比500nm大的激光介质的半导体材料。此外，在优先光电转换效率的情况下，也可以使用激光波长(基波)比200nm小的激光介质的半导体材料。
47.这些半导体材料也可以应用于供电用半导体激光器111以及光电转换元件311中的任一者。可提高供电侧或受电侧的光电转换效率，光供电效率提高。
48.〔第2实施方式〕
49.如图2所示，本实施方式的光纤供电(pof：power over fiber)系统1包含经由光纤的供电系统和光通信系统，并具备包含供电装置(pse：power sourcing equipment)110的第1数据通信装置100、光纤线缆200、以及包含受电装置(pd：powered device)310的第2数据通信装置300。
50.供电装置110包含供电用半导体激光器111。第1数据通信装置100除了供电装置110以外，还包含进行数据通信的发送部120和接收部130。第1数据通信装置100相当于数据终端装置(dte(data terminal equipment))、中继器(repeater)等。发送部120包含信号用半导体激光器121和调制器122。接收部130包含信号用光电二极管131。
51.光纤线缆200包含具有形成信号光的传输路径的纤芯210和配置在纤芯210的外周并形成供电光的传输路径的包层220的光纤250。
52.受电装置310包含光电转换元件311。第2数据通信装置300除了受电装置310以外，还包含发送部320、接收部330、数据处理单元340。第2数据通信装置300相当于电力端站(power end station)等。发送部320包含信号用半导体激光器321和调制器322。接收部330包含信号用光电二极管331。数据处理单元340是对接收到的信号进行处理的单元。此外，第2数据通信装置300是通信网络中的节点。或者，第2数据通信装置300也可以是与其他节点进行通信的节点。
53.第1数据通信装置100与电源连接，供电用半导体激光器111、信号用半导体激光器121、调制器122、信号用光电二极管131等被电驱动。此外，第1数据通信装置100是通信网络中的节点。或者，第1数据通信装置100也可以是与其他节点进行通信的节点。
54.供电用半导体激光器111通过来自上述电源的电力进行激光振荡并输出供电光112。
55.光电转换元件311将通过光纤线缆200传输来的供电光112转换为电力。通过光电转换元件311转换的电力被设为发送部320、接收部330以及数据处理单元340的驱动电力、其他第2数据通信装置300内所需的驱动电力。进而，第2数据通信装置300也可以能够将通过光电转换元件311转换的电力输出为外部设备用。
56.另一方面，发送部120的调制器122基于发送数据124来调制来自信号用半导体激光器121的激光123，输出为信号光125。
57.接收部330的信号用光电二极管331将通过光纤线缆200传输来的信号光125解调为电信号，并输出到数据处理单元340。数据处理单元340将基于该电信号的数据发送给节点，另一方面，从该节点接收数据，并作为发送数据324而输出到调制器322。
58.发送部320的调制器322基于发送数据324来调制来自信号用半导体激光器321的激光323，输出为信号光325。
59.接收部130的信号用光电二极管131将通过光纤线缆200传输来的信号光325解调为电信号并输出。基于该电信号的数据被发送给节点，另一方面，从该节点，数据被设为发送数据124。
60.来自第1数据通信装置100的供电光112以及信号光125被输入到光纤线缆200的一端201，供电光112在包层220中传播，信号光125在纤芯210中传播，并从另一端202输出到第2数据通信装置300。
61.来自第2数据通信装置300的信号光325被输入到光纤线缆200的另一端202，在纤芯210中传播，从一端201输出到第1数据通信装置100。
62.另外，如图3所示，在第1数据通信装置100设置有光输入输出部140和附设于该光输入输出部140的光连接器141。此外，在第2数据通信装置300设置有光输入输出部350和附设于该光输入输出部350的光连接器351。设置在光纤线缆200的一端201的光连接器230与光连接器141连接。设置在光纤线缆200的另一端202的光连接器240与光连接器351连接。光输入输出部140将供电光112引导到包层220，将信号光125引导到纤芯210，将信号光325引导到接收部130。光输入输出部350将供电光112引导到受电装置310，将信号光125引导到接收部330，将信号光325引导到纤芯210。
63.如以上那样，光纤线缆200的一端201能够与第1数据通信装置100连接，另一端202能够与第2数据通信装置300连接，传输供电光112。进而，在本实施方式中，光纤线缆200对信号光125、325进行双向传输。
64.作为构成发挥供电用半导体激光器111以及光电转换元件311的光
‑
电间的转换效果的半导体区域的半导体材料，可应用与上述第1实施方式同样的材料，实现高光供电效率。
65.另外，如图4所示的光纤供电系统1b的光纤线缆200b那样，也可以分别设置传输信号光的光纤260和传输供电光的光纤270。光纤线缆200b也可以包含多条。
66.(2)供电控制部
67.接着，对控制供电量的供电控制部进行说明。
68.〔第3实施方式〕
69.图5是应用了供电控制部的第3实施方式的光纤供电系统的结构图。在图5中，对于与上述相同的构成要素标注相同的符号，并省略详细的说明。
70.如图5所示，第3实施方式的光纤供电系统1c具备第1数据通信装置100c、光纤线缆200、以及第2数据通信装置300c。
71.第2数据通信装置300c除了受电装置310、发送部320、接收部330以及数据处理单元340以外，还包含无线通信装置360和通信监视部370。第2数据通信装置300c例如相当于无线基站等。
72.无线通信装置360在多个无线通信设备之间进行收发数据的无线通信。无线通信
装置360通过无线通信来发送从数据处理单元340接收到的数据，另一方面，将通过无线通信而接收到的数据发送给数据处理单元340。无线通信装置360消耗与该通信负载对应的电力，并通过从受电装置310供给的电力而被驱动。
73.通信监视部370对由无线通信装置360进行的无线通信的工作状况进行监视，获取与该工作状况相关的通信工作信息。
74.通信工作信息是与无线通信的通信负载相关的信息。具体地，通信工作信息包含实测通信负载信息、潜在通信负载信息、预测通信负载信息中的至少一个。其中，实测通信负载信息是基于实测的通信负载的信息，包含基于无线通信装置360的无线通信的mimo(multiple
‑
input and multiple
‑
output，多输入多输出)流(steam)数、使用带宽等。潜在通信负载信息是潜在的最大通信负载的信息，包含基于无线通信装置360的无线通信的容纳活跃用户(active user)数等。预测通信负载信息是基于预测的通信负载的信息，例如包含与时间段对应的通信负载的多少(例如夜间通信负载小，白天通信负载大)等将日期时间信息(日期、星期、时刻中的至少一个)与此时预测的通信负载建立了对应的信息等。另外，预测通信负载信息中也可以包含预测通信负载的增大的通信范围内的活动会场的使用信息(使用日期时间、预想参加者人数等)。此外，通信监视部370也可以记录每天的实际的通信负载(例如通信量)，并基于该记录来作成、更新预测通信负载信息。
75.通信监视部370将获取到的通信工作信息发送给数据处理单元340。数据处理单元340将接收到的通信工作信息包含在发送数据324中并输出到发送部320的调制器322。调制器322通过基于发送数据324的激光323的调制，将包含通信工作信息的信号光325通过光纤线缆200输出到第1数据通信装置100c。
76.第1数据通信装置100c除了供电装置110、发送部120以及接收部130以外，还包含供电控制部150。
77.供电控制部150从由接收部130的信号用光电二极管131输出的信号光325获取通信工作信息。然后，供电控制部150基于获取到的通信工作信息，控制来自供电装置110(供电用半导体激光器111)的供电光112的输出。
78.具体地，供电控制部150在作为通信工作信息而获取到实测通信负载信息(mimo流数、使用带宽等)的情况下，基于该实测通信负载在其最大值(最大流数、最大带宽)中占据的比例，调整供电光112的输出。在作为通信工作信息而获取到潜在通信负载信息(容纳活跃用户数等)的情况下，供电控制部150基于根据该潜在通信负载信息设想的最大通信量来调整供电光112的输出。在作为通信工作信息而获取到预测通信负载信息的情况下，供电控制部150根据预测通信负载信息求出在当前的日期时间预测的通信负载，并基于该通信负载来调整供电光112的输出。另外，也可以对这些多种通信工作信息预先设定用于输出调整的优先顺序(例如，使实测通信负载信息最优先等)。
79.由此，使其与无线通信装置360的通信负载、进而受电装置310的电力负载对应地调整供电装置110的输出。即，在以往的供电系统中，供电装置不依赖于受电装置的电力负载而供给固定(最大)的电力，因此在受电装置的电力负载低时，白白地消耗了剩余电力。关于这一点，在本实施方式的光纤供电系统1c中，使其与受电装置310的电力负载对应地调整供电装置110的输出，因此与以往不同，能够实现与受电侧的电力负载对应的效率良好的供电。
80.第3实施方式的结构能够应用于图4的光纤供电系统。在该情况下，将图4中的第1数据通信装置100以及第2数据通信装置300变更为第1数据通信装置100c以及第2数据通信装置300c即可。
81.另外，在第3实施方式的光纤供电系统1c中，如图6所示，也可以将通信工作信息通过与光纤线缆200不同的传输路径281，从第2数据通信装置300c的通信监视部370发送给第1数据通信装置100c的供电控制部150。在该情况下，通信监视部370也可以是独立于第2数据通信装置300c的外部装置。
82.〔第4实施方式〕
83.图7是应用了供电控制部的第4实施方式的光纤供电系统的结构图。在图7中，对于与上述相同的构成要素标注相同的符号，并省略详细的说明。
84.如图7所示，第4实施方式的光纤供电系统1d与第3实施方式的光纤供电系统1c的不同点主要在于，通信系统从供电系统分离。
85.光纤供电系统1d的通信系统具备第1通信机160、通信线缆290、第2通信机380、无线通信装置360、以及通信监视部370。
86.第1通信机160以及第2通信机380通过通信线缆290相互进行数据通信。无线通信装置360在多个无线通信设备之间进行无线通信。
87.无线通信装置360通过无线通信发送从第2通信机380接收到的数据，另一方面，将通过无线通信接收到的数据发送给第2通信机380。无线通信装置360消耗与该通信负载对应的电力，并通过从受电装置310供给的电力进行驱动。
88.通信监视部370对由无线通信装置360进行的无线通信的工作状况进行监视，获取与该工作状况相关的通信工作信息。通信监视部370将获取到的通信工作信息发送给第2通信机380。第2通信机380将接收到的通信工作信息与其他发送数据同样地发送给第1通信机160。
89.光纤供电系统1d的供电系统具备供电装置110、光纤线缆200a以及受电装置310，与上述第1实施方式的光纤供电系统1a同样地构成。供电装置110的输出由供电控制部150控制。
90.供电控制部150从第1通信机160获取从第2通信机380发送的通信工作信息。然后，供电控制部150基于获取到的通信工作信息，控制来自供电装置110(供电用半导体激光器111)的供电光112的输出。另外，通信工作信息也可以通过与通信线缆290不同的传输路径，从通信监视部370发送给供电控制部150。
91.由此，与上述第3实施方式同样地，使其与无线通信装置360的通信负载、进而受电装置310的电力负载对应地调整供电装置110的输出。因此，与供电装置不依赖于受电装置的电力负载而供给固定(最大)的电力的以往不同，能够实现与受电侧的电力负载对应的效率良好的供电。
92.〔第5实施方式〕
93.图8是应用了供电控制部的第5实施方式的光纤供电系统的结构图。在图8中，对于与上述相同的构成要素标注相同的符号，并省略详细的说明。
94.如图8所示，第5实施方式的光纤供电系统1e具备供电侧的第1数据通信装置100e、光纤线缆200、和受电侧的光供电网络390。
95.在光供电网络390中，能够在从供电侧的第1数据通信装置100e接受电力供给的同时，在与该第1数据通信装置100e之间(或在光供电网络390内)进行光通信。光供电网络390例如相当于iot(internet of things，物联网)系统。本实施方式的光供电网络390包含与光纤线缆200串联地连接的多个光分离器(光分支器件)391。各光分离器391具有至少两个连接端口391a。对各连接端口391a能够进行其他光分离器391或第2数据通信装置300的连接(以及连接解除)。各光分离器391相对于所连接的其他光分离器391以及第2数据通信装置300，使通过光纤线缆200从第1数据通信装置100e传输来的信号光以及供电光以固定的比例分支。
96.在本实施方式中，第2数据通信装置300例如相当于网络摄像机、网络传感器等。各第2数据通信装置300若探测到向光分离器391的连接，则能够进行基于信号光125、325的数据通信和基于供电光112的供电(基于受电装置310从供电光112转换的电力的驱动)。能够与光供电网络390连接的第2数据通信装置300(受电装置310)的数量没有特别限定。
97.另外，光供电网络390构成为能够对被输入来自供电装置110的供电光112的光分路(branching)器件连接多个第2数据通信装置300(受电装置310)即可。因此，例如，也可以是，单个光分离器391能够将信号光以及供电光相对于多个第2数据通信装置300直接分支。此外，也可以通过光分离器以外的光分路器件使信号光以及供电光分支。
98.第1数据通信装置100e除了供电装置110、发送部120以及接收部130以外，还包含负载检测部161、作为供电控制部的供电控制部151。
99.负载检测部161作为受电侧的光供电网络390中的电力负载，检测多个光分离器391中的第2数据通信装置300(受电装置310)的连接数。
100.具体地，负载检测部161向预先分配给第2数据通信装置300的地址发送信号，并且根据有无其返回信号来探测第2数据通信装置300的连接。然后，负载检测部161检测第2数据通信装置300(受电装置310)的连接数作为该探测数的总计，并输出到供电控制部151。此时的信号经由振荡部120以及接收部130而被收发为信号光125、325。第2数据通信装置300的地址可以是预先分配的固有的地址，也可以是该第2数据通信装置300与光供电网络390连接时分配的地址等。
101.负载检测部161除了在系统的起动时执行该检测处理以外，还在系统的起动中定期地执行该检测处理。
102.另外，负载检测部161也可以基于来自受电侧的信号，探测受电装置310的连接。
103.具体地，在第2数据通信装置300与光分离器391连接时，该第2数据通信装置300或光分离器391探测该连接，将报告该情况的信号输出到供电侧。负载检测部161在接收到该报告信号时，如上所述，发送用于探测第2数据通信装置300的信号，根据有无其返回来探测该第2数据通信装置300的连接即可。第2数据通信装置300与光分离器391的连接的探测例如可以通过连接器物理地探测，也可以将连接时使用户操作的开关等设置在第2数据通信装置300或光分离器391，根据其开关操作来探测。
104.供电控制部151基于从负载检测部161输入的受电装置310的连接数的信息，控制来自供电装置110(供电用半导体激光器111)的供电光112的输出。例如，供电控制部151预先保持受电装置310的连接数和此时的所需供电量的相关数据，使用该数据来调整供电装置110的输出。
105.由此，使其与受电侧的光供电网络390中的电力负载对应地调整供电装置110的输出。即，在以往的供电系统中，供电装置不依赖于受电侧的电力负载而供给固定(最大)的电力，因此在受电侧的电力负载低时，白白地消耗了剩余电力。关于这一点，在本实施方式的光纤供电系统1e中，使其与受电侧的电力负载对应地调整供电装置110的输出，因此与以往不同，能够实现与受电侧的电力负载对应的效率良好的供电。
106.另外，在第5实施方式的光纤供电系统1e中，如图9所示，也可以通过与光纤线缆200不同的传输路径281来收发用于探测受电装置310的连接的信号。
107.此外，如图4的光纤供电系统那样，第5实施方式的光纤供电系统1e也可以独立地具备传输信号光的光纤和传输供电光的光纤。
108.〔第6实施方式〕
109.图10是应用了供电控制部的第6实施方式的光纤供电系统的结构图。在图10中，对于与上述相同的构成要素标注相同的符号，并省略详细的说明。
110.如图10所示，第6实施方式的光纤供电系统1f与第5实施方式的光纤供电系统1e的不同点主要在于，光供电网络仅具备供电系统。其中，光纤供电系统1f也可以具备独立于供电系统的未图示通信系统。
111.光纤供电系统1f具备供电装置110、光纤线缆200a、以及光供电网络390f。光供电网络390f包含与光纤线缆200a串联地连接的多个光分离器391。在各光分离器391能够连接第2数据通信装置300(受电装置310)。在光供电网络390f中，通过光纤线缆200a从供电装置110向与多个光分离器391连接的第2数据通信装置300光供电。
112.供电装置110的输出由供电控制部151控制。
113.供电控制部151从负载检测部161获取受电装置310的连接数的信息。负载检测部161基于通过传输路径281f而与光分离器391收发的信号，检测受电装置310的连接数，输出到供电控制部151。然后，供电控制部151基于获取到的受电装置310的连接数的信息，控制来自供电装置110(供电用半导体激光器111)的供电光112的输出。
114.由此，与上述第5实施方式同样地，使其与受电侧的光供电网络390中的电力负载对应地调整供电装置110的输出。因此，与供电装置不依赖于受电装置的电力负载而供给固定(最大)的电力的以往不同，能够实现与受电侧的电力负载对应的效率良好的供电。
115.以上对本公开的实施方式进行了说明，但是该实施方式是作为例子而示出的，能够以其他各种各样的方式进行实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行构成要素的省略、置换、变更。
116.例如在上述第3以及第4实施方式中，设为了向进行无线通信的无线通信装置360供给由受电装置310转换的电力。但是，该电力的供给对象只要是通信装置即可，例如也可以是不是进行无线通信，而是进行有线通信的装置。
117.产业上的可利用性
118.如以上那样，本发明涉及的光供电系统对实现与受电侧的电力负载对应的效率良好的供电是有用的。
119.符号说明
120.1a：光纤供电系统(光供电系统)；
121.1：光纤供电系统(光供电系统)；
122.1b：光纤供电系统(光供电系统)；
123.1c：光纤供电系统(光供电系统)；
124.1d：光纤供电系统(光供电系统)；
125.1e：光纤供电系统(光供电系统)；
126.1f：光纤供电系统(光供电系统)；
127.100：第1数据通信装置；
128.100c：第1数据通信装置；
129.100e：第1数据通信装置；
130.110：供电装置；
131.111：供电用半导体激光器；
132.112：供电光；
133.120：发送部；
134.125：信号光；
135.130：接收部；
136.140：光输入输出部；
137.141：光连接器；
138.150：供电控制部；
139.151：供电控制部；
140.161：负载检测部(检测部)；
141.200a：光纤线缆；
142.200：光纤线缆；
143.200b：光纤线缆；
144.210：纤芯；
145.220：包层；
146.250a：光纤；
147.250：光纤；
148.260：光纤；
149.270：光纤；
150.300：第2数据通信装置；
151.300c：第2数据通信装置；
152.310：受电装置；
153.311：光电转换元件；
154.320：发送部；
155.325：信号光；
156.330：接收部；
157.350：光输入输出部；
158.351：光连接器；
159.360：无线通信装置；
160.370：通信监视部(信息获取部)；
161.390：光供电网络；
162.390f：光供电网络；
163.391：光分离器(光分支器件)；
164.391a：连接端口。