(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を出力する複数の給光装置と、信号光を受ける複数の受光装置と、信号光を伝送する光ファイバーケーブルと、を備える光伝送システムであって、
前記複数の給光装置から出力させた互いに異なる信号を有する複数の信号光を、前記光ファイバーケーブルの単一のコア又はクラッドを通じて前記複数の受光装置で受けて、ＭＩＭＯ通信を行い、
前記信号光は給電光であり、
前記複数の給光装置は、変調により互いに異なる信号が重畳された複数の給電光を出力し、
前記複数の受光装置は、伝送された複数の給電光を電力に変換し、
前記複数の受光装置により変換された電力を合成する電力合成部と、
前記複数の受光装置が受けた複数の給電光に重畳された複数の信号を取得し、当該複数の信号に基づいて、前記複数の給光装置により給電光に重畳された信号を求めるデータ処理部と、を備える、
光伝送システム。
【請求項２】
前記光ファイバーケーブルは、信号光を伝送するコア又はクラッドに、光を拡散させる粉体材料が混合されている、
請求項１に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
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伝送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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３５９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光伝送システムでは、より一層の通信速度の向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の１つの態様の光伝送システムは、
信号光を出力する複数の給光装置と、信号光を受ける複数の受光装置と、信号光を伝送する光ファイバーケーブルと、を備える光伝送システムであって、
前記複数の給光装置から出力させた互いに異なる信号を有する複数の信号光を、前記光ファイバーケーブルの単一のコア又はクラッドを通じて前記複数の受光装置で受けて、ＭＩＭＯ通信を行い、
前記信号光は給電光であり、
前記複数の給光装置は、変調により互いに異なる信号が重畳された複数の給電光を出力し、
前記複数の受光装置は、伝送された複数の給電光を電力に変換し、
前記複数の受光装置により変換された電力を合成する電力合成部と、
前記複数の受光装置が受けた複数の給電光に重畳された複数の信号を取得し、当該複数の信号に基づいて、前記複数の給光装置により給電光に重畳された信号を求めるデータ処理部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の１つの態様の光伝送システムによれば、従来に比べて通信速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の第１実施形態に係る光ファイバー伝送システムの構成図である。
【図２】本開示の第２実施形態に係る光ファイバー伝送システムの構成図である。
【図３】本開示の第２実施形態に係る光ファイバー伝送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ある。
【図４】本開示の他の一実施形態に係る光ファイバー伝送システムの構成図である。
【図５】本開示の第３実施形態に係る光ファイバー伝送システムの構成図である。
【図６】本開示の第３実施形態に係る光ファイバー伝送システムが備える光ファイバーケーブルを説明するための模式図である。
【図７】本開示の第４実施形態に係る光ファイバー伝送システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
〔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伝送システム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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
〔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伝送システム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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、給電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。
【００１７】
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、給電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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、図４に示す光ファイバー伝送システム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。
【００２４】
〔第３実施形態〕
図５は、第３実施形態の光ファイバー伝送システム１Ｃの構成図であり、図６は、光ファイバー伝送システム１Ｃが備える光ファイバーケーブル２００Ｃを説明するための模式図である。図５中、上述したものと同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２５】
図５に示すように、第３実施形態の光ファイバー伝送システム１Ｃは、第１のデータ通信装置１００Ｃと、光ファイバーケーブル２００Ｃと、第２のデータ通信装置３００Ｃとを備える。
【００２６】
第１のデータ通信装置１００Ｃは、３つの給光装置１５０と、給光制御部１６０とを含む。
３つの給光装置１５０の各々は、信号用半導体レーザー１２１Ｃを含む。
給光制御部１６０は、３つの給光装置１５０を制御し、それぞれの信号用半導体レーザー１２１Ｃからのレーザー光を変調して、互いに異なる信号を有する３つの信号光１２５Ｃを出力させる。３つの信号光１２５Ｃは、互いに異なる信号を有するものであれば特に限定されず、その信号は例えば単一の送信データから生成されたものなどであってもよい。また、各給光装置１５０は、上記第２実施形態における発信部１２０のように、信号用半導体レーザー１２１Ｃからのレーザー光を送信データに基づいてモジュレーターで変調して信号光１２５Ｃとして出力してもよい。
３つの給光装置１５０から出力された３つの信号光１２５Ｃは、光ファイバーケーブル２００Ｃに出力される。
【００２７】
光ファイバーケーブル２００Ｃは、光ファイバー２５０Ｃを含む。光ファイバー２５０Ｃは、３つの信号光１２５Ｃの伝送路を形成するコア２１０Ｃと、コア２１０Ｃの周囲のクラッド２２０とを含む。
コア２１０Ｃは、図６に示すように、光を拡散させる粉体材料Ｐが混合されているのが好ましい。これにより、コア２１０Ｃ内を伝送する信号光１２５Ｃの拡散を促進させ、各信号光１２５Ｃを第２のデータ通信装置３００Ｃの３つの受光装置３６０（信号用フォトダイオード３３１Ｃ）に好適に分散させて受光させることができる。光ファイバー２５０Ｃの両端面は、３つの給光装置１５０又は３つの受光装置３６０との間に空間を有するが、図３に示したように、ここに光入出力部及び光コネクタを設けてもよい。
なお、光ファイバー２５０Ｃは、３つの信号光１２５Ｃを単一のコア２１０Ｃ又はクラッド２２０で伝送可能であればよい。つまり３つの信号光１２５の伝送路はクラッド２２０であってもよい。
【００２８】
第２のデータ通信装置３００Ｃは、図５に示すように、３つの受光装置３６０と、データ処理ユニット３４０Ｃとを含む。
３つの受光装置３６０の各々には、３つの給光装置１５０からの３つの信号光１２５Ｃが光ファイバーケーブル２００Ｃでの伝送を通じて分散された信号光３２５Ｃが入力される。つまり、各受光装置３６０には、互いに異なる信号を有する３つの信号光１２５Ｃを含んだ信号光３２５Ｃが伝送される。各受光装置３６０の信号用フォトダイオード３３１Ｃは、伝送されてきた信号光３２５Ｃを電気信号に復調し、データ処理ユニット３４０Ｃに出力する。
【００２９】
データ処理ユニット３４０Ｃは、３つの受光装置３６０から入力された信号に基づいて、例えば行列演算による信号分離処理を行い、３つの給光装置１５０から出力された各信号光１２５Ｃが有する信号を求める。これらの信号が単一のデータから生成されたものであった場合には、この元のデータを復号する。
すなわち、第１のデータ通信装置１００Ｃと第２のデータ通信装置３００Ｃとの間では、３つの給光装置１５０と３つの受光装置３６０とを用いてＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）通信が行われる。
これにより、各々単一の給光装置及び受光装置を用いた従来に比べ、通信速度を向上させることができる。
【００３０】
〔第４実施形態〕
図７は、第４実施形態の光ファイバー伝送システムの構成図である。図７中、上述したものと同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３１】
図７に示すように、第４実施形態の光ファイバー伝送システム１Ｄは、伝送する光が給電光であり、これに信号を重畳させている点で、第３実施形態の光ファイバー伝送システム１Ｃと異なる。
【００３２】
光ファイバー伝送システム１Ｄは、光ファイバーケーブル２００Ｃのほか、第１のデータ通信装置１００Ｄと、第２のデータ通信装置３００Ｄとを備える。
【００３３】
第１のデータ通信装置１００Ｄは、３つの給光装置１５０Ｄと、給光制御部１６０Ｄとを含む。
３つの給光装置１５０Ｄの各々は、給電用半導体レーザー１１１Ｄを含む。
給光制御部１６０Ｄは、３つの給光装置１５０Ｄを制御し、それぞれの給電用半導体レーザー１１１Ｄからのレーザー光を変調して、互いに異なる信号を有する３つの給電光１１２Ｄを出力させる。３つの給電光１１２Ｄは、互いに異なる信号が重畳されたものであれば特に限定されず、その信号は例えば単一の送信データから生成されたものなどであってもよい。
３つの給光装置１５０Ｄから出力された３つの給電光１１２Ｄは、光ファイバーケーブル２００Ｃのコア２１０Ｃに出力される。
【００３４】
第２のデータ通信装置３００Ｄは、３つの受光装置３６０Ｄと、電力合成部３７０Ｄと、データ処理ユニット３４０Ｄとを含む。
３つの受光装置３６０Ｄの各々には、３つの給光装置１５０Ｄからの３つの給電光１１２Ｄが光ファイバーケーブル２００Ｃでの伝送を通じて分散された給電光３１２Ｄが入力される。つまり、各受光装置３６０Ｄには、互いに異なる信号が重畳された３つの給電光１１２Ｄを含んだ給電光３１２Ｄが伝送される。各受光装置３６０Ｄの光電変換素子３１１Ｄは、伝送されてきた給電光３１２Ｄを電力に変換する。
【００３５】
電力合成部３７０Ｄは、３つの受光装置３６０Ｄ（光電変換素子３１１Ｄ）により給電光３１２Ｄから変換された電力を合成し、負荷へ供給する。負荷は、第２のデータ通信装置３００Ｄ内の各機器であってもよいし、外部機器であってもよい。
【００３６】
データ処理ユニット３４０Ｄは、３つの給電光３１２Ｄを復調し、重畳されていた３つの信号（情報）を取得する。そして、データ処理ユニット３４０Ｄは、取得した信号に基づいて、例えば行列演算による信号分離処理を行い、３つの給光装置１５０Ｄから出力された各給電光１１２Ｄに重畳した信号を求める。
すなわち、第１のデータ通信装置１００Ｄと第２のデータ通信装置３００Ｄとの間では、３つの給光装置１５０Ｄと３つの受光装置３６０Ｄとを用い、給電を行いつつＭＩＭＯ通信が行われる。
これにより、各々単一の給光装置及び受光装置を用いる場合に比べて給電量を増加させつつ、通信系統を用いることなくデータ通信を行うことができる。
【００３７】
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、上記第３、第４実施形態では、給光装置及び受光装置が各々３つ設けられることとしたが、給光装置及び受光装置の数量は特に限定されない。ただし、これらの数量が互いに対応していることが好ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ    光ファイバー伝送システム（光伝送システム）
１      光ファイバー伝送システム（光伝送システム）
１Ｂ    光ファイバー伝送システム（光伝送システム）
１Ｃ    光ファイバー伝送システム（光伝送システム）
１Ｄ    光ファイバー伝送システム（光伝送システム）
１００  第１のデータ通信装置
１００Ｃ  第１のデータ通信装置
１００Ｄ  第１のデータ通信装置
１１１    給電用半導体レーザー
１１１Ｄ  給電用半導体レーザー
１１２    給電光
１１２Ｄ  給電光
１２１    信号用半導体レーザー
１２１Ｃ  信号用半導体レーザー
１２５    信号光
１２５Ｃ  信号光
１５０    給光装置
１５０Ｄ  給光装置
１６０    給光制御部
１６０Ｄ  給光制御部
２００    光ファイバーケーブル
２００Ａ  光ファイバーケーブル
２００Ｂ  光ファイバーケーブル
２００Ｃ  光ファイバーケーブル
２１０    コア
２１０Ｃ  コア
２５０    光ファイバー
２５０Ａ  光ファイバー
２５０Ｃ  光ファイバー
３００    第２のデータ通信装置
３００Ｃ  第２のデータ通信装置
３００Ｄ  第２のデータ通信装置
３１１    光電変換素子
３１１Ｄ  光電変換素子
３１２Ｄ  給電光
３２５    信号光
３２５Ｃ  信号光
３３１    信号用フォトダイオード
３３１Ｃ  信号用フォトダイオード
３４０    データ処理ユニット
３４０Ｃ  データ処理ユニット
３４０Ｄ  データ処理ユニット
３６０    受光装置
３６０Ｄ  受光装置
３７０Ｄ  電力合成部
Ｐ        粉体材料
【図１】
0006898411.tif 000002
【図２】
0006898411.tif 000003
【図３】
0006898411.tif 000004
【図４】
0006898411.tif 000005
【図５】
0006898411.tif 000006
【図６】
0006898411.tif 000007
【図７】
0006898411.tif 000008