(57)【要約】【課題】給電光による発電効率を向上できると共に、給電光と信号光を効率的に分波することができる光ファイバ給電・信号伝送システムを提供する。【解決手段】光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１は、所定装置（アンテナ装置４０）に給電する電力を得る給電光Ｌ１と、所定の情報を伝達する信号光Ｌ２とが一端に入力されて伝播する第１の光ファイバＦ１と、第１の光ファイバの他端側と一端を光軸合わせして配置される第２の光ファイバＦ２と、第１の光ファイバの端部と第２の光ファイバの端部との間に配置される光透過型光電変換素子Ｃとを備え、光透過型光電変換素子は、給電光の照射によって所定電力を光電変換して出力すると共に、信号光を透過するように構成されている。【選択図】図２
2019140595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定装置に給電する電力を得る給電光と、所定の情報を伝達する信号光とが一端に入力されて伝播する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバの他端側と一端を光軸合わせして配置される第２の光ファイバと、
前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部との間に配置される光透過型光電変換素子と
を備え、
前記光透過型光電変換素子は、前記給電光の照射によって所定電力を光電変換して出力すると共に、前記信号光を透過するように構成されていることを特徴とする光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項２】
前記給電光と前記信号光とを重畳して前記第１の光ファイバに対して出力する出力装置と、
前記第２の光ファイバの他端側に接続されて前記信号光を受信する受信装置と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項３】
前記給電光の波長は８００ｎｍ〜１０００ｎｍに設定され、前記信号光の波長は１３００ｎｍ〜１６００ｎｍに設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項４】
前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバは、単一モード光ファイバまたはマルチモード光ファイバで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項５】
前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバは、ダブルクラッド光ファイバで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項６】
前記第２の光ファイバと前記受信装置との間に、前記給電光の漏れ成分を遮断して、前記信号光のみを透過させるクラッドモードストリッパを設けることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項７】
前記光透過型光電変換素子は、シリコンを主構成材とし、９５０ｎｍ近傍が光電変換のピークとなる特性を有することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【請求項８】
前記光透過型光電変換素子から給電される前記所定装置は、無線通信システムにおけるアンテナ装置を含むことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の光ファイバ給電・信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを介して電力供給および信号伝送を行う光ファイバ給電・信号伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを介して給電光のエネルギーを伝送し、伝送された給電光を光電変換し、得られた電力により遠方にある所定装置を駆動する所謂光ファイバ給電システムが従来から提案されている（非特許文献等参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】株式会社ＮＨＫアイテックの無給電光伝送装置のパンフレット、［平成３０年１月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://nhkitec.com/images/catalog/001.pdf＞
【非特許文献２】古河電工株式会社の光給電カメラシステムのシステム構成例、［平成３０年１月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.furukawa.co.jp/fitel/system/products/unit.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、一般的な単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）を用いた光ファイバ給電システムでは、光ファイバのコア直径が１０μｍと極めて小さいため、高パワーの光電力を伝送することが困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、上記問題を解決すべく、コアを二重構造としたダブルクラッド光ファイバ（ＤＣＦ）を用いた光ファイバ給電システムも提案されている。これにより、外側のコアに給電光を伝送することで、単一モード光ファイバを用いた場合に比して、１００倍以上の給電能力を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、ダブルクラッド光ファイバを用いた光ファイバ給電システムでは、比較的高パワーの給電光が光ファイバ中を伝送するため、給電光に信号光を重畳した場合に、従来の光分波装置等では信号光と給電光の分波が困難であるという問題があった。
【０００７】
また、ダブルクラッド光ファイバのように信号光と給電光が異なるコア中を伝送する場合には、端部において給電光と信号光を効率的に分波することが難しいという問題もある。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決すべくなされたものであり、給電光による発電効率を向上できると共に、給電光と信号光を効率的に分波することができる光ファイバ給電・信号伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明に係る光ファイバ給電・信号伝送システムは、所定装置に給電する電力を得る給電光と、所定の情報を伝達する信号光とが一端に入力されて伝播する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの他端側と一端を光軸合わせして配置される第２の光ファイバと、前記第１の光ファイバの端部と前記第２の光ファイバの端部との間に配置される光透過型光電変換素子とを備え、前記光透過型光電変換素子は、前記給電光の照射によって所定電力を光電変換して出力すると共に、前記信号光を透過するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、給電光による発電効率を向上できると共に、給電光と信号光を効率的に分波することができる光ファイバ給電・信号伝送システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムを適用した無線通信システムの構成例を示す概略説明図である。
【図２】実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムの構成例を示す概略構成図である。
【図３】実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムに適用される光電変換部の第１実施例を示す説明図である。
【図４】実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムに適用可能な光ファイバを例示するファイバ断面図である。
【図５】光電変換部に適用される光透過型光電変換素子の概略構成を示す説明図である。
【図６】光透過型光電変換素子の主構成材としてのシリコンの吸収効率特性を示すグラフである。
【図７】第１実施例に係る光電変換部の具体例を示す構成図である。
【図８】第２実施例に係る光電変換部の概略構成例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００１３】
［光ファイバ給電・信号伝送システム］
図１から図７を参照して、本実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１等について説明する。
【００１４】
ここで、図１は、実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１を適用した無線通信システムの構成例を示す概略説明図、図２は、光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１の構成例を示す概略構成図、図３は、光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１に適用される光電変換部の第１実施例を示す説明図、図４は、光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１に適用可能な光ファイバを例示するファイバ断面図、図５は、光電変換部Ｐ１に適用される光透過型光電変換素子Ｃの概略構成を示す説明図、図６は、光透過型光電変換素子Ｃの主構成材としてのシリコンの吸収効率特性を示すグラフ、図７は、第１実施例に係る光電変換部Ｐ１の具体例を示す構成図である。
【００１５】
本実施の形態に係る光ファイバ給電・信号伝送システムＳ１は、図１および図２に示すように、アンテナ装置４０等の所定装置に給電する電力を得る給電光Ｌ１と、通信データ等の所定の情報を伝達する信号光Ｌ２とを重畳して出力光Ｌを出力する出力装置１０と、出力装置１０から出力光Ｌ（給電光Ｌ１＋信号光Ｌ２）を一端に入力されて伝播する第１の光ファイバＦ１と、第１の光ファイバＦ１の他端側と一端を光軸合わせ（コリメート）して配置される第２の光ファイバＦ２と、第１の光ファイバＦ１の端部と第２の光ファイバＦ２の端部との間に配置される光透過型光電変換素子Ｃと、第２の光ファイバＦ２の他端側に接続されて信号光Ｌ２を受信する受信装置２０とを備える。
【００１６】
そして、光透過型光電変換素子は、シリコン（Ｓｉ）を主構成材とし、給電光Ｌ１の照射によって所定電力（例えば、１Ｗ〜１０Ｗ程度）を光電変換して出力すると共に、信号光Ｌ２を透過するように構成されている。
【００１７】
ここで、図１に示すような無線通信システムにおいて、出力装置１０は大型基地局としての中央局１に設置され、外部回線に接続されている。
【００１８】
また、受信装置２０は、例えば、複数の小型基地局としてのアンテナ基地局２ａ〜２ｃ等に設置されている。
【００１９】
また、アンテナ装置４０もアンテナ基地局２ａ〜２ｃ等に設置され、光透過型光電変換素子Ｃから電力供給を受けて、スマートフォン等の携帯端末３との間の音声通信やデータ通信等を行う。
【００２０】
出力装置１０から出力される給電光Ｌ１の波長は８００ｎｍ〜１０００ｎｍに設定し、信号光Ｌ２の波長は１３００ｎｍ〜１６００ｎｍに設定するとよい。
【００２１】
これにより、出力光Ｌを光透過型光電変換素子Ｃに照射した際に、給電光Ｌ１による発電効率を向上することができると共に、波長の相違に基づいて給電光Ｌ１と信号光Ｌ２とを効率的に分波することができる。
【００２２】
［第１実施例に係る光電変換部について］
ここで、第１実施例に係る光電変換部Ｐ１の概略構成は、図２に示すように、Ｕ字状の治具３０を用いて、一端側３０ａの挿通孔に第１の光ファイバＦ１を挿通して固定し、他端側３０ｂの挿通孔に第２の光ファイバＦ２を挿通して固定している。
【００２３】
なお、Ｕ字状の治具３０の各挿通孔は、互いに位置合わせが行われており、第１の光ファイバＦ１および第２の光ファイバＦ２を挿通するだけで光軸合わせ（コリメート）が行われるようになっている。
【００２４】
そして、第１の光ファイバＦ１の端部と第２の光ファイバＦ２の端部との間には、光透過型光電変換素子Ｃが固定されている。
【００２５】
第１の光ファイバＦ１および第２の光ファイバＦ２としては、図４に示す光ファイバのうち、単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）またはマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）の何れかを適用することができる。
【００２６】
なお、前記何れかのファイバを用いる場合に、透過型光電変換素子Ｃの後段の光ファイバ内に汎用的な光フィルタを挿入することにより、比較的容易に給電光の残留成分を除去することが可能である。
【００２７】
［光透過型光電変換素子について］
光透過型光電変換素子Ｃは、図５に示すように、平板状を呈する素子として構成され、給電光Ｌ１の照射によって所定電力（例えば、１Ｗ〜１０Ｗ程度）を光電変換してリード線２０１、２０２を介して電力を出力すると共に、信号光Ｌ２を透過する。
【００２８】
光透過型光電変換素子Ｃとしては、シリコン（Ｓｉ）を主構成材とし、９５０ｎｍ近傍が光電変換のピークとなる特性を有するものを用いるとよい。
【００２９】
ここで、図６のグラフを参照すると分かるように、シリコン（Ｓｉ）は、約４００ｎｍ〜約１０００ｎｍ程度の波長の光の吸収効率が比較例高く、約１０００ｎｍ以上の光は殆ど吸収しない物性を有している。
【００３０】
このようなシリコン（Ｓｉ）の物性により、給電光Ｌ１の波長を８００ｎｍ〜１０００ｎｍに設定し、信号光Ｌ２の波長を１３００ｎｍ〜１６００ｎｍに設定することで、光透過型光電変換素子Ｃにおいて給電光Ｌ１を吸収させて光電変換を高効率で行うと共に、信号光Ｌ２については光透過型光電変換素子Ｃに吸収されずに透過させることが可能となる（図５等参照）。
【００３１】
なお、光透過型光電変換素子Ｃは、短冊状の光電変換素子のチップを複数に亘って並列させた構成としてもよい。
【００３２】
［光電変換部の具体例について］
図７に光電変換部Ｐ１の具体例を示す。
【００３３】
図７に示す具体例に係る光電変換部Ｐ１は、第１の光ファイバＦ１および第２の光ファイバＦ２の保持具としての筒状の金属製ケーシング１０１、１０２を備えている。
【００３４】
各金属製ケーシング１０１、１０２の端部１０１ａ、１０２ａには、第１の光ファイバＦ１および第２の光ファイバＦ２が挿通されて固定されている。
【００３５】
各金属製ケーシング１０１、１０２のフランジ部１０１ｂ、１０２ｂ同士は対向状態で、図示しないボルト等によって固定される。
【００３６】
フランジ部１０１ｂ、１０２ｂ間には、光透過型光電変換素子Ｃが設置されている。  なお、光透過型光電変換素子Ｃは図示しないリード線等を備え、光電変換した電力を外部に出力するようになっている。
【００３７】
また、フランジ部１０１ｂ、１０２ｂの外周には、光透過型光電変換素子Ｃから生じる熱を放熱する金属製の放熱器１０３が設けられている。
【００３８】
なお、金属製ケーシング１０１、１０２に挿通された第１の光ファイバＦ１と第２の光ファイバＦ２とは、精密に光軸合わせ（コリメート）が行われている。
【００３９】
このような構成により、具体例に係る光電変換部Ｐ１は、第１の光ファイバＦ１を介して伝播される出力光Ｌが光透過型光電変換素子Ｃに照射されると、出力光Ｌに含まれる給電光Ｌ１の光電変換により所定の電力（例えば、１Ｗ〜１０Ｗ程度）を出力する。
【００４０】
また、出力光Ｌに含まれる信号光Ｌ２は、光透過型光電変換素子Ｃを透過して、第２の光ファイバＦ２を伝播して受信装置２０等に入力されることとなる。
【００４１】
なお、光電変換部Ｐ１の構成は、図７等には限定されず、使用環境や用途等に応じて種々の構成をとることができる。
【００４２】
［第２実施例に係る光電変換部について］
図２および図８等を参照して、第２実施例に係る光電変換部Ｐ２について説明する。
【００４３】
なお、第１実施例に係る光電変換部Ｐ１と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。
【００４４】
図８に示すように、第２実施例に係る光電変換部Ｐ２では、第１の光ファイバＦ１ａおよび第２の光ファイバＦ２ａは、図４に示すようなダブルクラッド光ファイバ（ＤＣＦ）で構成される。
【００４５】
これにより、より効率的に給電光Ｌ１および信号光Ｌ２を伝播することができる。
【００４６】
また、第２の光ファイバと受信装置２０（図２参照）との間に、漏れ給電光Ｌ１を遮断して、信号光Ｌ２のみを透過させるクラッドモードストリッパ５００を設けている。
【００４７】
ここで、クラッドモードストリッパ５００は、ダブルクラッドファイバの内部クラッドの励起光を取り除く光学素子である。
【００４８】
第１の光ファイバＦ１ａおよび第２の光ファイバＦ２ａを構成するダブルクラッド光ファイバは、中心の小さいコアで信号光Ｌ２が、外側の大きいコアで給電光Ｌ１が伝播される。
【００４９】
給電光Ｌ１は、信号光Ｌ２と比較して、約１０００倍以上の光パワーを有していると推定される。そのため、給電光Ｌ１の微弱な成分であっても光透過型光電変換素子Ｃから漏れ出てしまうと、信号光Ｌ２の信号品質に大きな影響を与えたり、受信装置２０を破損する虞がある。
【００５０】
これを回避するために、本実施例に係る光電変換部Ｐ２では、光透過型光電変換素子Ｃを透過した信号光と給電光Ｌ１の漏れ成分をクラッドモードストリッパ５００に入力させ、給電光Ｌ１を遮断し、出力からは給電光Ｌ２のみを取得できるようになっている。
【００５１】
これにより、第２実施例に係る光電変換部Ｐ２によれば、第１の光ファイバＦ１ａおよび第２の光ファイバＦ２ａを構成するダブルクラッド光ファイバの構造に依存することなく、給電光Ｌ１による光電変換と、信号光Ｌ２の分波とを同時に実現することが可能である。
【００５２】
なお、第２実施例に係る光電変換部Ｐ２の具体的構成は、第１実施例に係る光電変換部Ｐ１の場合と同様に、図７に示すような構成とすることができる。
【００５３】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｓ１…光ファイバ給電・信号伝送システム
１…中央局
２ａ〜２ｃ…アンテナ基地局
３…携帯端末
１０…出力装置
２０…受信装置
３０…Ｕ字状の治具
４０…アンテナ装置
１０１、１０２…筒状の金属製ケーシング
５００…クラッドモードストリッパ
Ｃ…光透過型光電変換素子
Ｆ１、Ｆ１ａ…第１の光ファイバ
Ｆ２、Ｆ２ａ…第２の光ファイバ
Ｌ…出力光
Ｌ１…給電光
Ｌ２…信号光
Ｐ１、Ｐ２…光電変換部
【図１】
2019140595.tif 000003
【図２】
2019140595.tif 000004
【図３】
2019140595.tif 000005
【図４】
2019140595.tif 000006
【図５】
2019140595.tif 000007
【図６】
2019140595.tif 000008
【図７】
2019140595.tif 000009
【図８】
2019140595.tif 000010