(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記給電装置から前記受電装置に前記給電光を伝送する光ファイバーケーブルと、
前記給電装置から前記受電装置までの距離測定を行う測定部と、
前記測定部が測定した前記給電装置から前記受電装置までの測定距離に応じて、レーザー波長を変えて給電光を出力するように前記給電装置を制御する制御装置とを備える光ファイバー給電システム。
【請求項２】
前記給電装置は、レーザー波長が異なる複数の半導体レーザーを有し、
前記制御装置は、前記測定距離に応じて複数の前記半導体レーザーの中から一つを選択して給電光を出力するように制御する請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
【請求項３】
前記給電装置は、前記半導体レーザーの給電光を異なる複数のレーザー波長に変換する変換部を備え、
前記制御装置は、前記測定距離に応じて給電光のレーザー波長が変わるように前記変換部を制御する請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
【請求項４】
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前記半導体レーザーを有する請求項１から３のいずれか一項に記載の光ファイバー給電システム。
【請求項５】
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４のいずれか一項に記載の光ファイバー給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ファイバー給電システムに関する。
【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。
【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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、
前記給電装置から前記受電装置に前記給電光を伝送する光ファイバーケーブルと、
前記給電装置から前記受電装置までの距離測定を行う測定部と、
前記測定部が測定した前記給電装置から前記受電装置までの測定距離に応じて、レーザー波長を変えて給電光を出力するように前記給電装置を制御する制御装置とを備えている。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の１つの態様の光ファイバー給電システムによれば、光給電効率の向上を図ることが可能となる。
【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給電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給電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ある。
【図４】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。
【図５】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において伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(1)の構成図である。
【図６】複数のレーザー波長の給電光について、伝送先における損失と伝送距離との関係（損失−伝送距離特性）を示した線図である。
【図７】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において伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(2)の構成図である。
【図８】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において伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(3)の構成図である。
【図９】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において伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(4)の構成図である。
【図１０】給電装置の他の構成例を示す構成図である。
【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】
（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。
【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(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、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。
【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、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。
【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の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。
【００２４】
（２）伝送距離に応じた給電を行う構成について
［伝送距離に応じた給電を行う構成例(1)］
次に、伝送距離に応じた給電を行う構成例(1)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が伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(1)を示している。また、図６は、複数のレーザー波長の給電光について、伝送先における損失と伝送距離との関係（損失−伝送距離特性）を示した線図である。
【００２５】
図６において、損失は、光ファイバーケーブルの伝達損失と光電変換効率による損失の双方を含んでいる。また、図６における符号λ１〜λ４はレーザー波長を示し、波長の長さがλ１＜λ２＜λ３＜λ４となっている。
これらのレーザー波長が異なる給電光は、いずれも、レーザー波長が長くなるほど、損失の増加率は低くなり、レーザー波長が短くなるほど、光電変換率が高くなる（距離0での損失が小さくなる）傾向にある。
【００２６】
給電光の伝送効率は、主に、伝送の損失と光電変換効率とから決まるため、給電光は、伝送距離によって伝送効率の高いレーザー波長が異なる。これに鑑みて、構成例(1)の光ファイバー給電システム１Ａでは、伝送距離に応じた給電を行う構成として、レーザー波長を変更して給電光１１２を出力可能な給電装置１１０と、給電装置１１０から受電装置３１０までの距離測定を行う測定部１５０Ａと、測定部１５０Ａが測定した給電装置１１０から受電装置３１０までの測定距離に基づいて、適正なレーザー波長で給電光１１２を出力するように給電装置１１０を制御する制御装置１５３Ａとを備えている。
【００２７】
上記給電装置１１０は、レーザー波長が異なる複数の半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎと、それぞれの半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎから出力される給電光１１２を光ファイバーケーブル２００Ａ側に導く光カプラ１１３とを備えている。
なお、図５では、作図の便宜上、各半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎから光ファイバーケーブル２００又は２００Ａまでの伝送距離が異なるように図示されているが実際には、各半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎから光ファイバーケーブル２００又は２００Ａまでに到る伝送距離は等しくなるように調整されている（後述する図７〜図９も同様）。
【００２８】
半導体レーザー１１１について、第１実施形態の記載において、好ましい半導体材料の条件を既に説明したが、当該半導体レーザー１１１と同一の条件を満たすものが、半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中に少なくとも一つ以上含まれている。また、全ての半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎが前述した好ましい半導体材料の条件を満たすものであっても良い。
また、半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎは、全てレーザー波長が全て異なるものであり、数が多いことが好ましいが、少なくとも二種類以上あればよい。
【００２９】
また、構成例(1)の光ファイバー給電システム１Ａは、光ファイバーケーブル２００Ａと給電装置１１０との間に設けられ、受電装置３１０側の端部（端面）で反射した給電光１１２の反射光１１２Ｒを取り出す分離部１５１Ａと、分離部１５１Ａによって取り出された反射光１１２Ｒを受光するフォトダイオード１５２Ａと、フォトダイオード１５２Ａの検出に基づいて給電装置１１０を制御する制御装置１５３Ａとを備えている。
【００３０】
分離部１５１Ａは、ビームスプリッターや光カプラ等からなり、光カプラ１１３と光ファイバーケーブル２００Ａの間に配置されている。
この分離部１５１Ａは、光カプラ１１３から光ファイバーケーブル２００Ａに向かう給電光１１２を透過する。また、光ファイバーケーブル２００Ａから光カプラ１１３に向かう反射光１１２Ｒの一部をフォトダイオード１５２Ａ側に伝送する。
なお、分離部１５１Ａは、光ファイバーケーブル２００Ａの途中であって給電装置１１０側の端部近傍に設けてもよい。
【００３１】
フォトダイオード１５２Ａは、分離部１５１Ａが反射光１１２Ｒを反射する方向に対向するように配置されており、入射した反射光１１２Ｒの光強度を検出する。フォトダイオード１５２Ａの検出信号は、制御装置１５３Ａに入力される。
【００３２】
制御装置１５３Ａは、給電装置１１０から受電装置３１０までの距離測定時において、給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの内のいずれか一つから１パルスの給電光１１２を出力し、その反射光１１２Ｒをフォトダイオード１５２Ａが検出するまでの経過時間を測定する。そして、測定した経過時間により給電装置１１０から受電装置３１０までの距離を算出する。１パルスの給電光１１２の出力は、給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎのいずれでもよく、例えば、予め設定等により決められている。
なお、厳密には、上記距離を算出する機能を有する制御装置１５３Ａと分離部１５１Ａとフォトダイオード１５２Ａとにより測定部１５０Ａが構成されている。
【００３３】
さらに、制御装置１５３Ａは、伝送距離を複数の区分に分け、各区分ごとに各給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中で最も伝送効率の高いものが記録されたテーブルデータを記憶するメモリを備えている。そして、制御装置１５３Ａは、上記テーブルデータを参照して、測定によって得られた給電装置１１０から受電装置３１０までの距離がいずれの区分に属し、給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中から最も伝送効率が高いものを選択する。
そして、給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中から選択したものに切り替えて、これ以降の給電光１１２の出力を行う。
【００３４】
なお、上記制御装置１５３Ａは、マイクロコンピュータから構成されてもよいし、アナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
また、給電装置１１０から受電装置３１０の距離測定は、給電開始時（開始直前を含む）或いは光ファイバー給電システム１Ａのシステム起動時（起動直前を含む）に実施される。
【００３５】
前述したように、構成例(1)における光ファイバー給電システム１Ａでは、制御装置１５３Ａが、給電装置を制御して、測定部１５０Ａにより測定した給電装置１１０から受電装置３１０までの測定距離に応じて、レーザー波長を変えて給電光１１２を出力することができるので、固定されたレーザー波長で給電を行う場合に比べて、伝送効率の高いレーザー波長で給電を行うことができ、給電光率の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
また、給電装置１１０は、レーザー波長が異なる複数の半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎを有し、制御装置１５３Ａが、測定距離に応じて複数の半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中から一つを選択して給電光１１２を出力するように制御しているので、波長変換素子などの光学素子を不要としつつ多種多様なレーザー波長での給電を実現することができる。
【００３７】
［伝送距離に応じた給電を行う構成例(2)］
次に、伝送距離に応じた給電を行う構成例(2)について図面を参照して説明する。図７は前述した光ファイバー給電システム１Ａが伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(2)を示している。
【００３８】
この構成例(2)では、図７に示すように、構成例(1)の光ファイバー給電システム１Ａに、光ファイバーケーブル２００Ａと受電装置３１０との間に給電光１１２を反射するミラー３６２Ａを有する反射装置３６１Ａと、当該反射装置３６１Ａの制御装置３６３Ａとを付加している。
この構成例(2)の場合、給電光１１２の光ファイバーケーブル２００Ａの受電装置３１０側の端面における反射光１１２Ｒではなく、上記ミラー３６２Ａによる反射光１１２Ｒにより距離測定が行われる。なお、この点以外は、構成例(1)と同一の構成となる。
【００３９】
反射装置３６１Ａは、ミラー３６２Ａを光ファイバーケーブル２００Ａと受電装置３１０との間で給電光１１２を反射可能な反射位置と、給電光１１２の光電変換素子３１１への入射を妨げない待機位置とに切り替えるアクチュエーターを備えている。
制御装置３６３Ａは、マイクロコンピュータやアナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサ等から構成され、反射装置３６１Ａの上記ミラー３６２Ａの位置切り替え動作を制御する。
【００４０】
反射装置３６１Ａは、初期位置として、ミラー３６２Ａを待機位置に保持し、給電開始時又はシステム起動時に給電装置１１０側から給電光１１２が光電変換素子３１１に入力されると、電源が制御装置３６３Ａに供給される。
制御装置３６３Ａは、電源が供給されると、反射装置３６１Ａのミラー３６２Ａを一時的に反射位置に切り替えてから待機位置に戻す制御を実行する。
これにより、制御装置１５３Ａ側では、給電光１１２の出力開始からミラー３６２Ａによる反射光１１２Ｒを受光するまでの経過時間を計測することで給電装置１１０から受電装置３１０までの距離を求めることができる。なお、上記経過時間には、光電変換素子３１１が給電光１１２を受光してから制御装置３６３Ａがミラーを待機位置から反射位置に切り換えるまでの遅延時間が含まれているので、当該遅延時間を予め測定等により取得し、制御装置１５３Ａに記憶させておく。そして、経過時間から遅延時間を減算してから距離を算出する。
そして、制御装置１５３Ａは、給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中から最も伝送効率が高いものを選択し切り替えて、これ以降の給電光１１２の出力を行う。
【００４１】
また、制御装置３６３Ａを設けずに、制御装置１５３Ａから反射装置３６１Ａに対して給電光１１２以外の別系統（例えば、信号線等）により制御可能に接続しても良い。
【００４２】
この構成例(2)では、構成例(1)と同一の効果が得られると共に、測定部１５０Ａがレーザー光である給電光１１２によるミラー３６２Ａの反射を利用して給電装置１１０から受電装置３１０までの距離の測定を行う構成とした場合には、より光強度の高い反射光１１２Ｒを利用することができ、距離測定をより安定的により高い精度で行うことが可能となる。
【００４３】
構成例(1)及び構成例(2)では、光ファイバー給電システム１Ａを基本構成とする例を示したが、光ファイバー給電システム１の場合も、構成例(1)のように、測定部１５０Ａと制御装置１５３Ａを設け、適正なレーザー波長で給電を行う構成としても良い。さらに、構成例(2)のように反射装置３６１Ａとその制御装置３６３Ａを付加して、給電光１１２をミラー３６２Ａにより反射させる構成としても良い。
【００４４】
［伝送距離に応じた給電を行う構成例(3)］
次に、伝送距離に応じた給電を行う構成例(3)について図面を参照して説明する。
図８は前述した光ファイバー給電システム１において、伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(3)を示している。
【００４５】
この構成例(3)の光ファイバー給電システム１では、伝送距離に応じた給電を行うために、給電光１１２の反射光１１２Ｒではなく、レーザー光である信号光１２５の光ファイバーケーブル２００における第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）側の端面の反射光１２５Ｒを利用する。
光ファイバー給電システム１は、給電装置１１０を有する第１のデータ通信装置１００が信号用半導体レーザー３２１からの信号光３２５を受光する信号用フォトダイオード１３１を備えているので、これを測定部として利用し、信号光１２５の反射光１２５Ｒを受光して距離測定を行う。
【００４６】
また、光ファイバー給電システム１に、発信部１２０と給電装置１１０とを制御する制御装置１５４を付加する。
この制御装置１５４は、第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）から第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）までの距離測定時において、発信部１２０の信号用半導体レーザー１２１から１パルスの信号光１２５を出力し、その反射光１２５Ｒを信号用フォトダイオード１３１が検出するまでの経過時間を測定する。そして、測定した経過時間から給電装置１１０から受電装置３１０までの距離を算出する。
なお、上記距離を算出する機能を有する制御装置１５４と信号用半導体レーザー１２１と信号用フォトダイオード１３１とにより測定部が構成されている。
【００４７】
この制御装置１５４も、伝送距離の複数の区分ごとに各給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中で最も伝送効率の高いものが記録されたテーブルデータを記憶するメモリを備えている。そして、制御装置１５４は、上記テーブルデータを参照して、測定によって得られた第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）から第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）までの距離における最も送電効率の高いものを給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中から選択して給電を行う。
【００４８】
この制御装置１５４も、マイクロコンピュータ或いはアナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
また、距離測定は、給電開始時（開始直前を含む）或いは光ファイバー給電システム１のシステム起動時（起動直前を含む）に実施される。
【００４９】
この構成例(3)における光ファイバー給電システム１では、測定距離に基づいて給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの選択を行うので、高い送電効率で給電を行うことが可能となる。
さらに、信号光１２５の反射光１２５Ｒを受光する信号用フォトダイオード１３１により距離測定を行うので、給電光１１２の経路上に分離部１５１Ａを設ける必要がなく、給電光１１２の伝送効率を高く維持することが可能となる。
また、光ファイバー給電システム１の基本構成である信号用フォトダイオード１３１を利用しているので、新たに付加する構成を低減することができ、部品点数低減による生産コストの低減を図ることが可能となる。
【００５０】
［伝送距離に応じた給電を行う構成例(4)］
次に、伝送距離に応じた給電を行う構成例(4)について図面を参照して説明する。
図９は前述した光ファイバー給電システム１において、伝送距離に応じた給電を行う構成を有する構成例(4)を示している。
【００５１】
この構成例(4)の光ファイバー給電システム１では、測定部が、第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）側に設けられたレーザー光源としての信号用半導体レーザー１２１からの信号光（レーザー光）１２５の照射と、当該照射に対する第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）側に設けられたレーザー光源としての信号用半導体レーザー３２１からの信号光（レーザー光）３２５の応答により、第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）から第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）までの距離の測定を行う。
【００５２】
また、光ファイバー給電システム１に、発信部１２０と給電装置１１０とを制御する制御装置１５５を付加する。
この制御装置１５５は、第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）から第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）までの距離測定時において、発信部１２０のモジュレーター１２２を制御して信号用半導体レーザー１２１から距離測定のための信号光１２５を出力させる。
第２のデータ通信装置３００側では、距離測定のための信号光１２５を信号用フォトダイオード３３１が受光すると、データ処理ユニット３４０がモジュレーター３２２を制御して信号用半導体レーザー３２１から応答としての信号光３２５を出力させる。
なお、信号用半導体レーザー１２１からの信号光１２５が距離測定のための信号光１２５であることが識別できるように、第１のデータ通信装置１００側では、モジュレーター１２２により固有の変調を行うことが望ましい。
同様に、信号用半導体レーザー３２１からの信号光３２５が応答の信号光３２５であることが識別できるように、第２のデータ通信装置３００側では、モジュレーター３２２により固有の変調を行うことが望ましい。
【００５３】
制御装置１５５は、信号光３２５を信号用フォトダイオード１３１が検出するまでの経過時間を測定する。そして、測定した経過時間から給電装置１１０から受電装置３１０までの距離を算出する。なお、上記経過時間には、第２のデータ通信装置３００側において、信号光１２５を受光してから信号光３２５を出力するまでの遅延時間が含まれているので、当該遅延時間を予め測定等により取得し、制御装置１５５に記憶させておく。
これにより、制御装置１５５は、経過時間から遅延時間を減じて、光の伝送速度から、第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）から第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）までの距離を算出することができる。
なお、上記距離を算出する機能を有する制御装置１５５と信号用半導体レーザー１２１とモジュレーター１２２と信号用フォトダイオード１３１と信号用半導体レーザー３２１とモジュレーター３２２と信号用フォトダイオード３３１とデータ処理ユニット３４０により測定部が構成されている。
【００５４】
この制御装置１５５も、前述した制御装置１５４と同様に、伝送距離の複数の区分ごとに各給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中で最も伝送効率の高いものが記録されたテーブルデータを記憶するメモリを備えている。そして、制御装置１５５は、上記テーブルデータを参照して、測定によって得られた第１のデータ通信装置１００（給電装置１１０）から第２のデータ通信装置３００（受電装置３１０）までの距離における最も送電効率の高いものを給電用半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎの中から選択して給電を行う。
【００５５】
この制御装置１５５も、マイクロコンピュータ或いはアナログ回路又はデジタル回路を利用したシーケンサから構成されてもよい。
また、距離測定は、給電開始時（開始直前を含む）或いは光ファイバー給電システム１のシステム起動時（起動直前を含む）に実施されるが、少なくとも、給電光１１２により、第２のデータ通信装置３００の電源が確保された状態で実施することが好ましい。
【００５６】
この構成例(4)では、構成例(3)と同一の効果が得られると共に、信号用半導体レーザー１２１からの信号光１２５と信号用半導体レーザー３２１からの信号光３２５の応答により距離の測定を行うので、より光強度の高い信号光１２５，３２５により距離測定をより安定的により高い精度で行うことが可能となる。
【００５７】
［給電装置の他の例］
図１０は給電装置１１０の他の構成例を示す構成図である。この他の構成例である給電装置１１０は、前述した構成例(1)〜(4)で説明した給電装置１１０に替えて適用することができる。
この給電装置１１０は、構成例(1)〜(4)で示したレーザー波長が異なる複数の半導体レーザー１１１Ａ〜１１１Ｎを有する給電装置１１０と異なり、単一の半導体レーザー１１１を備えている。この半導体レーザー１１１は、前述した第１実施形態で述べた好ましい半導体材料の条件を満たすものである。
さらに、給電装置１１０は、半導体レーザー１１１から出力される給電光１１２のレーザー波長を個別に異なる波長に変える複数の光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎと、半導体レーザー１１１からの給電光１１２を光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎのいずれか一つに導く光スイッチ１１４と、各光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎを透過した給電光１１２を光ファイバーケーブル２００又は２００Ａに導く光カプラ１１６とを備えている。
上記光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎ、光スイッチ１１４及び光カプラ１１６は、半導体レーザー１１１の給電光１１２を異なる複数のレーザー波長に変換する変換部を構成する。
【００５８】
光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎ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。蛍光体は、透過型、反射型いずれであっても良い。
また、光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎ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、光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎ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のレーザー波長を短くすることが出来る。
【００５９】
なお、光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎは、少なくとも二つ以上あれば良いが、より多くの個体数を用意して、より多種のレーザー波長に変換できることが好ましい。
また、図１０では、作図の便宜上、各光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎから光ファイバーケーブル２００又は２００Ａまでの伝送距離が異なるように図示されているが実際には、各光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎから光ファイバーケーブル２００又は２００Ａまでに到る伝送距離は等しくなるように調整されている。
【００６０】
図１０の給電装置に１１０には、制御装置１５３Ａが併設されている。制御装置１５３Ａは、光スイッチ１１４を制御して、距離測定によって選択されたレーザー波長となるように光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎを選択する。
なお、前述した構成例(3)の光ファイバー給電システム１に図１０の給電装置１１０を適用する場合には、制御装置１５４が光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎの選択を行い、前述した構成例(4)の光ファイバー給電システム１に図１０の給電装置１１０を適用する場合には、制御装置１５５が光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎの選択を行う。
【００６１】
このように、給電装置１１０を、半導体レーザー１１１の給電光１１２を異なる複数のレーザー波長に変換する変換部を用いて送電効率の高いレーザー波長で給電光１１２を出力する構成とした場合には、必要となる給電用半導体レーザーの個体数を低減することが可能となる。
また、給電光１１２のレーザー波長を変換する光学素子１１５Ａ〜１１５Ｎを、蛍光体のような制御不要な素子とした場合には、給電装置１１０の制御対象の個体数を低減し、制御系を簡略化することが可能となる。
【００６２】
［その他］
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。
【００６３】
例えば、図５〜図１０では、伝送距離に応じた給電を行う構成を光ファイバー給電システム１，１Ａに適用した例を示しているが、これらと同じように、伝送距離に応じた給電を行う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。
【符号の説明】
【００６４】
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
１１１，１１１Ａ〜１１１Ｎ  給電用半導体レーザー
１１２  給電光
１１２Ｒ  反射光
１１３  光カプラ
１１４  光スイッチ（変換部）
１１５Ａ〜１１５Ｎ  光学素子（変換部）
１１６  光カプラ（変換部）
１２０  発信部
１２１  信号用半導体レーザー
１２２  モジュレーター
１２５  信号光
１２５  信号光（レーザー光）
１２５Ｒ  反射光
１３０  受信部
１３１  信号用フォトダイオード
１５０Ａ  測定部
１５１Ａ  分離部
１５２Ａ  フォトダイオード
１５３Ａ，１５４，１５５  制御装置
２００，２００Ａ，２００Ｂ  光ファイバーケーブル
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
３２２  モジュレーター
３２５  信号光（レーザー光）
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
３６１Ａ  反射装置
３６２Ａ  ミラー
３６３Ａ  制御装置
λ１〜λ４  レーザー波長
【図１】
0006889225.tif 000002
【図２】
0006889225.tif 000003
【図３】
0006889225.tif 000004
【図４】
0006889225.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006889225.tif 000007
【図７】
0006889225.tif 000008
【図８】
0006889225.tif 000009
【図９】
0006889225.tif 000010
【図１０】
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