通過光波導(dǎo)同時進行數(shù)據(jù)和功率傳輸?shù)脑O(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信和功率傳輸，更具體地涉及一種在基站和遠程站之間通過光波導(dǎo)同時進行全雙工數(shù)據(jù)傳輸和功率傳輸?shù)脑O(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]通過光纖線纜進行數(shù)據(jù)通信是非常公知的，并且現(xiàn)在實施了很長一段時間了。通過光纖進行光功率傳輸現(xiàn)在在高壓直流(HVDC，high voltage direct current)技術(shù)中已經(jīng)已知許多年了，并且由于其提供的大量優(yōu)點而越來越受歡迎。光纖提供的電功率具有提供對電氣噪聲完全免疫的優(yōu)點，并且提供源和系統(tǒng)的完全隔離。
[0003]通過光纖線纜同時進行數(shù)據(jù)和功率傳送需要大量線纜，即用于傳輸數(shù)據(jù)的線纜、用于接收數(shù)據(jù)的線纜和用于傳輸功率的單獨的線纜。在這些系統(tǒng)中，為了通過單個光波導(dǎo)進行雙向數(shù)據(jù)通信，使用雙工模塊。這些模塊包含發(fā)送二極管和接收光電二極管，并且這些中的每一個通常在不同的波長處工作。通過附加的光波導(dǎo)向電氣模塊供給功率。為此，通過高功率激光器將光耦合到光波導(dǎo)中。然后，借助光伏轉(zhuǎn)換器在電氣模塊中將光轉(zhuǎn)換回電能，使用這些模塊例如來測量高壓電勢下的電流和電壓。以相同的方式，除了測量模塊之外，還使用用于將電弧路徑或間隙點火所需的高壓電勢下的間隙觸發(fā)模塊。
[0004]此外，雙工模塊還可以用于配備有具有不同的功率或波長的兩個激光器并且也耦合到單個光波導(dǎo)中的醫(yī)療技術(shù)應(yīng)用。
[0005]使用光纖線纜的優(yōu)點是廣泛已知的。使用光纖線纜進行傳輸產(chǎn)生低傳輸損耗并且不產(chǎn)生串話，并且使可使用的帶寬更寬。它們提供信號安全、電氣隔離，并且對干擾提供免疫。此外，光纖線纜的尺寸和重量小，并且原材料可富余地獲得。這些僅僅是使用光纖線纜進行數(shù)據(jù)和功率傳輸?shù)膬?yōu)點中的一部分。
[0006]然而，當使用先前提到的雙工模塊進行數(shù)據(jù)傳輸時，使用單獨的光波導(dǎo)來與數(shù)據(jù)一起傳輸功率。因為用于功率傳輸?shù)母郊泳€纜需要額外的原材料，因此這使傳輸?shù)某杀驹黾?。安裝成本也增加。
[0007]美國專利US7844154公開了一種特殊的線纜，其中，數(shù)據(jù)和功率傳輸可以通過單個光波導(dǎo)來進行。這種線纜消除了在進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)中使用單獨的線纜來傳輸功率的需要。該專利公開了一種光纖，其被適配為承載光功率用于對電氣設(shè)備供電，并且還被任選地適配為承載光數(shù)據(jù)用于進行信號處理。能夠承載光數(shù)據(jù)和光功率兩者的光纖包括承載數(shù)據(jù)光的中心數(shù)據(jù)波導(dǎo)區(qū)域以及同心地圍繞數(shù)據(jù)波導(dǎo)區(qū)域并且被適配為承載相對大量的光功率的環(huán)形功率波導(dǎo)區(qū)域。
[0008]然而，上面公開的發(fā)明需要對普通光纖線纜進行特殊的結(jié)構(gòu)改變，其包括制作用于通過同一線纜分別傳輸功率和數(shù)據(jù)的不同的同軸通道。
[0009]因此，存在對通過單個光波導(dǎo)同時傳輸功率和數(shù)據(jù)、而不需要對已有的光波導(dǎo)進行任何結(jié)構(gòu)改變的設(shè)備的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個目的是提供一種具成本效益的、用于在不改變已有光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)的情況下通過單個光波導(dǎo)同時傳輸數(shù)據(jù)和功率的設(shè)備。
[0011 ]通過使用三重模塊，在一個波長處傳輸數(shù)據(jù)，在另一個波長處接收數(shù)據(jù)，并且在第三個不同的波長上傳輸功率，來達到通過同一個光波導(dǎo)將全雙工數(shù)據(jù)傳輸與同時的功率傳輸集成的目的。
[0012]所提出的解決方案克服了鋪設(shè)附加的光纖線纜用于功率傳輸或者對普通光波導(dǎo)進行結(jié)構(gòu)改變用于傳輸功率的需要。由于通過使用三重模塊通過單個光波導(dǎo)利用激光對電子模塊進行功率供給和數(shù)據(jù)傳送，因此這使得節(jié)約構(gòu)成光波導(dǎo)的原材料，并且其還使得節(jié)約鋪設(shè)光波導(dǎo)的手續(xù)成本，因為僅單個波導(dǎo)就能夠提供所希望的結(jié)果。
[0013]已有的通過激光通道進行數(shù)據(jù)傳輸、尤其是從基站到遠程站的上行鏈路傳輸?shù)姆椒ㄒ子诔鲥e，因為數(shù)據(jù)傳送還必須同時實現(xiàn)對模塊的功率供給，換句話說，經(jīng)由數(shù)據(jù)傳送來實現(xiàn)模塊的功率供給。在使用如在本發(fā)明中公開的三重模塊的系統(tǒng)的情況下，通過激光的數(shù)據(jù)傳送和功率供給彼此完全獨立地進行。其結(jié)果是，能夠預(yù)期更高的傳輸和安裝的可靠性。
[0014]本發(fā)明公開了一種使用三重模塊通過單個光波導(dǎo)同時進行全雙工數(shù)據(jù)和功率傳輸?shù)脑O(shè)備和方法。在該設(shè)備中，光波導(dǎo)連接基站和遠程站。在基站處，大功率激光源或大功率激光源發(fā)出第一激光束用于承載從基站通過光波導(dǎo)到遠程站的功率，并且低功率激光源、例如低功率激光二極管發(fā)出第二激光束用于承載從基站通過光波導(dǎo)到遠程站的數(shù)據(jù)。光接口將激光束耦合到光波導(dǎo)中以進行傳輸。在對應(yīng)的第一和第二遠程站光接收器處接收第一和第二激光束。類似地，在遠程站處，低功率激光源、例如低功率激光二極管發(fā)出第三激光束，用于承載從遠程站到基站的數(shù)據(jù)，并且在基站光接收器處接收該束。第一、第二和第三激光束的波長不同。
[0015]本發(fā)明公開了一種用于在基站和遠程站之間通過光波導(dǎo)同時進行數(shù)據(jù)和功率傳輸?shù)脑O(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸是雙工雙向傳輸。該設(shè)備包括基站、遠程站和將基站連接到遠程站的光波導(dǎo)?；居糜谕ㄟ^光波導(dǎo)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)并且用于通過光波導(dǎo)進行功率傳輸?；景ㄓ糜诎l(fā)出第一波長的第一激光束的大功率激光源、用于發(fā)出第二波長的第二激光束的低功率激光源、例如低功率激光二極管以及用于從遠程站接收第三波長的第三激光束的基站光接收器。第一激光束用于進行從基站到遠程站的功率傳輸，第二激光束用于進行從基站到遠程站的數(shù)據(jù)傳輸，并且第三激光束用于進行從遠程站到基站的數(shù)據(jù)傳輸。該設(shè)備還包括:基站光接口，用于將第一和第二激光束同時耦合到光波導(dǎo)中，并且將第三激光束從光波導(dǎo)引導(dǎo)到基站光接收器。
[0016]遠程站用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，并且用于通過光波導(dǎo)從基站接收功率。遠程站還包括:低功率激光源、例如低功率激光二極管，用于至少產(chǎn)生所述第三激光束，用于進行從遠程站到基站的數(shù)據(jù)傳輸;第一遠程站光接收器，用于接收來自基站的所述第一激光束;第二遠程站光接收器，用于接收來自基站的所述第二激光束。所述設(shè)備還包括:遠程站光接口，用于同時將所述第一激光束引導(dǎo)到所述第一遠程站光接收器、將所述第二激光束引導(dǎo)到所述第二遠程站光接收器，并且用于將所述第三激光束耦合到光波導(dǎo)中。
[0017]在該設(shè)備中，第一、第二和第三激光束的第一、第二和第三波長分別彼此不同。用于進行從基站到遠程站的功率傳輸?shù)脑O(shè)備、即用作功率發(fā)送器的大功率激光源和第一遠程站光接收器在第一波長處工作。用于進行從基站到遠程站的數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備、即用作上行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送器的基站處的低功率激光二極管和第二遠程站光接收器在第二波長處工作。用于進行從遠程站到基站的下行鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備、即用作下行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送器的遠程站處的低功率激光二極管和基站光接收器在第三波長處工作。
[0018]激光束的特性、例如窄光譜寬度、高強度、高方向性和相干性使其成為這些應(yīng)用的最佳選擇。
[0019]在所述設(shè)備中使用的光波導(dǎo)的示例是多模62.5/125或者105/125μπι光纖線纜。
[0020]在另一個實施例中，所述第一遠程站光接收器包括光伏功率轉(zhuǎn)換器(PPC)，用于將從所述第一激光束接收到的功率轉(zhuǎn)換為電能。作為光經(jīng)由第一激光束通過光波導(dǎo)傳輸功率，并且在遠程站處接收功率。PPC接收激光束中的功率，并且將光能轉(zhuǎn)換為電能。在一個示例中，PPC是PPC-6E，其是對于790-850nm照明范圍內(nèi)的最大效率優(yōu)化過的光伏功率轉(zhuǎn)換器。其被設(shè)計為將790-850nm的光轉(zhuǎn)換為最大6V的電功率，輸出幾mW至0.5W的功率。PPC-6E可以帶有ST或FC接頭。其提供完全的電隔離。PPC-6E對于810nm光源優(yōu)化過。
[0021 ]向遠程站處的處于高電壓的電子模塊供給通過光波導(dǎo)傳輸?shù)墓β?。電子模塊的示例是測量模塊、間隙觸發(fā)模塊等。使用這些模塊例如用于測量處于高電壓電勢的電流和電壓。以相同的方式，除了測量模塊之外，還使用用于將電弧路徑或間隙點火所需的處于高壓電勢的間隙觸發(fā)模塊。因此，分別利用附加的大功率激光二極管或者光電元件，利用單個光波導(dǎo)，換句話說，利用光波導(dǎo)、光纖等，以向位于高電壓處的電子模塊、組件、板等供給電力。
[0022]在設(shè)備的另一個實施例中，所述基站光接收器、所述第一遠程站光接收器和所述第二遠程站光接收器是光電二極管。光電二極管是基于半導(dǎo)體的光檢測器，其能夠?qū)碜缘谝弧⒌诙偷谌す馐墓廪D(zhuǎn)換為電流或電壓。這些光電二極管可以感測落在其上的激光束的發(fā)光功率，并且將該光功率轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電流。僅使用這些光電二極管，因為其尺寸小、材料合適、靈敏度高并且響應(yīng)時間快。
[0023]在又一個實施例中，低功率激光源、即基站處的低功率激光源和/或遠程站處的低功率激光源是激光二極管。在又一個實施例中，這些激光二極管是垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL,vertical-cavity surface-emitting laser)類型的。VCSEL是半導(dǎo)體激光二極管，與傳統(tǒng)的邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器不同，其激光束發(fā)射垂直于頂表面。使用VCSEL，通過按