JPH1189120A

JPH1189120A - 光パワー伝送方法及び装置

Info

Publication number: JPH1189120A
Application number: JP9242273A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Takeno; 和彦竹野; Takako Yasui; 孝子保井; Kuni Endo; 久仁遠藤; Seiichi Muroyama; 誠一室山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷が必要とする電力のみを安定に供給し、
エネルギーの有効利用を可能にする光パワー伝送方法及
び装置を提供する。【解決手段】レーザーで電力を光パワーに変換し、光
パワーを光ファイバを通して伝送し、光パワーを太陽電
池で電力に再変換する場合、レーザーが出力を制御する
ドライブ装置を具え、太陽電池と負荷との間にコンデン
サを挿入し、コンデンサの両端の電圧を検出し、その値
に基づいてドライブ装置に制御信号をフィードバック
し、レーザーが発振する光パワーの制御を行う。制御信
号は、光パワーと異なる周波数の光信号であり、光パワ
ーと同一の光ファイバを通してフィードバックする。制
御信号は光のオンオフ信号であり、オンオフの時間比率
の変化によってレーザーが発振する光パワーを制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバにより電
力を移送する方法及び装置に関するものであり、具体的
には、電力を光パワーに変換し、光ファイバを通して伝
送し、伝送した後で光パワーを電力に再変換し、再変換
された電力を負荷に供給するための光パワー伝送方法及
びそのための装置に関する。

【０００２】図１は従来の光パワー伝送装置の概略を示
す図である。図中、１は電力を光パワーに変換するレー
ザー、３は光パワーを伝送する光ファイバ、４は光パワ
ーを電力に変換する太陽電池、６は負荷であり、実線矢
印は電力の伝送を、点線矢印は光パワーの伝送をそれぞ
れ示す。この場合、レーザー１によって電気から光に変
換された光パワーは、光ファイバ３を介して太陽電池４
に伝送される。伝送された光パワーは太陽電池４によっ
て電力に変換され、負荷６に供給される。

【０００３】このような従来の方法では、負荷側が必要
としている電力とは関係なく、常に或る一定のパワーを
供給するので、必要以上のパワーを伝送したり、パワー
が不足する場合が生じるという問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題点に鑑み、負荷が必要とする電力のみを安定に供
給し、エネルギーの有効利用を可能にする光パワー伝送
方法及び装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光パワー伝送方
法は、上記の目的を達成するため、レーザーを用いて電
力を光パワーに変換し、光パワーを光ファイバを通して
伝送し、伝送された光パワーを光電変換装置を用いて電
力に再変換し、再変換された電力を負荷に供給する光パ
ワー伝送方法において、レーザーが出力を制御するドラ
イブ装置を具え、光電変換装置と負荷との間にコンデン
サを付加し、コンデンサで充放電される電力、電圧及び
／又は電流の値を検知し、その値に基づいてドライブ装
置に制御信号をフィードバックし、該制御信号によりレ
ーザーが発振する光パワーの制御を行うことを特徴とす
る。

【０００６】また、本発明の光パワー伝送装置は、電力
を光パワーに変換するレーザーと、光パワーを伝送する
光ファイバと、伝送された光パワーを電力に再変換する
光電変換装置とを具え、再変換された電力が負荷に供給
されるように構成された光パワー伝送装置において、レ
ーザーの出力の制御を行うドライブ装置と、光電変換装
置と負荷との間に配置されたコンデンサと、該コンデン
サが充放電される際の電力、電圧及び／又は電流の値を
検知し、その値に基づいてドライブ装置に制御信号をフ
ィードバックするフィードバック制御回路とを具備する
ことを特徴とする。

【０００７】この場合、負荷が必要とする電力が大きく
なり光電変換装置からの電力では足りなくなると、コン
デンサから電力が放電されてコンデンサの端子電圧が低
下するので、この電圧低下を打ち消すようにレーザーか
ら発振される光パワーを増加させるための制御を行い、
一方、負荷が必要とする電力が小さくなり光電変換装置
からの電力に余裕ができると、コンデンサが充電されて
コンデンサの端子電圧が上昇するので、この電圧上昇を
打ち消すようにレーザーから発振される光パワーを減少
させるための制御を行うようにすればよい。

【０００８】本発明においては、光電変換装置が太陽電
池であることが好適である。また、レーザーのドライブ
装置にフィードバックする制御信号として光信号を用
い、光ファイバを通してフィードバックすることが望ま
しい。このようにすることにより、レーザー側と太陽電
池側を電気的に絶縁状態にして安定な制御を行うことが
できる。光ファイバを通してフィードバックする場合、
光パワーとドライブ装置にフィードバックする制御信号
とを別々の周波数の光を用いれば同一の光ファイバを通
して伝送することができる。

【０００９】また、本発明においては、ドライブ装置に
フィードバックする制御信号が光のオンオフ信号であ
り、オンオフの時間比率の変化によってレーザーが発振
する光パワーを制御するようにすることが好適である。
このようにすれば、制御用の光信号を、光ファイバの長
さ及び損失等の影響を受けずに安定して伝送することが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の実施例
を説明する。図２は本発明の第１実施例を説明する図で
あり、図中、１は電力を光パワーに変換するレーザー、
２はレーザーの出力の制御を行うドライブ装置、３は光
パワーを伝送する光ファイバ、４は光パワーを電力に変
換する太陽電池、５はコンデンサ、６は負荷、７はフィ
ードバック制御回路である。

【００１１】図２の系においては、電力がレーザー１に
よって光パワーに変換され、この光パワーは光ファイバ
３の図面の左側終端から入射される。光ファイバ３に入
射した光パワーは光ファイバの右側終端まで伝送され
る。そして、光パワーは光ファイバ３の右側終端から太
陽電池４に入射し、この太陽電池４によって電力に変換
される。この電力はコンデンサ５に充電されると共に負
荷６に給電される。

【００１２】いま、負荷６が必要とする電力が変化した
場合、太陽電池４と負荷６との間の電力の需給のバラン
スが変化し、これによりコンデンサ５に蓄えられている
電力が変化する。フィードバック制御回路７でこの変化
を検出し、この検出結果について信号処理を行い、負荷
が必要とする電力に合わせて光パワーを制御するための
信号をレーザーの出力を制御するドライブ装置２に送
り、レーザー１の光パワーの制御を行う。具体的には、
コンデンサ５の端子電圧が低下した時はレーザー１の光
パワーを大きくし、コンデンサ５の端子電圧が上昇した
時はレーザー１の光パワーを小さくするように制御す
る。

【００１３】図３は本発明の第２実施例を説明する図で
あり、図中、3'は光ファイバ、８は電気信号を光信号に
変換する電気光変換回路、９は光信号を電気信号に変換
する光電気変換回路であり、その他の参照番号は図２の
場合と同一の部分を表す。

【００１４】図３の系においては、電力がレーザー１に
よって光パワーに変換され、この光パワーは光ファイバ
３の図面の左側終端から入射して右側終端まで伝送さ
れ、光ファイバ３の右側終端から太陽電池４に入射し、
ここで電力に変換され、この電力がコンデンサ５に充電
されると共に負荷６に給電されるのは、実施例１の場合
と同様である。更に、負荷６が必要とする電力が変化し
た場合、コンデンサ５に蓄えられている電力が変化し、
フィードバック制御回路７でこの変化を検出するのも実
施例１の場合と同様である。

【００１５】この実施例においては、この検出結果につ
いて信号処理を行い、更にその電気信号を電気光変換回
路８に入力して光信号に変換し、変換された光信号を光
ファイバ3'を通して光電気変換回路９に入力し、ここで
再び電気信号に変換する。この電気信号をレーザーの出
力を制御するドライブ装置２に送り、レーザー１の光パ
ワーの制御を行う。このようにすることにより、レーザ
ー側と太陽電池側とを電気的に絶縁することができる。

【００１６】図４は本発明の第３実施例を説明する図で
あり、図中、10及び11は光ファイバに周波数が異なる二
つの光を入射、出射及び分波するための光入出力器であ
り、その他の参照番号は図２及び３の場合と同一の部分
を表す。

【００１７】図４の系においては、電力がレーザー１に
よって光パワーに変換され、この光パワーは光ファイバ
３の図面の左側終端から入射して右側終端まで伝送さ
れ、光ファイバ３の右側終端から太陽電池４に入射し、
ここで電力に変換され、この電力がコンデンサ５に充電
されると共に負荷６に給電されるのは、実施例１及び２
の場合と同様であり、更に、負荷６が必要とする電力が
変化した場合、コンデンサ５に蓄えられている電力が変
化し、フィードバック制御回路７でこの変化を検出する
のも実施例１及び２の場合と同様である。

【００１８】この実施例においては、この検出結果につ
いて信号処理を行い、更にその電気信号を電気光変換回
路８に入力して光信号に変換し、変換された光信号を、
光入出力器11を介して光ファイバ３に入射する。光ファ
イバ３中を伝送された制御用光信号を、光入出力器12を
介して光電気変換回路９に入力し、ここで再び電気信号
に変換する。この電気信号をレーザーの出力を制御する
ドライブ装置２に送り、レーザー１の光パワーの制御を
行う。

【００１９】図５は光ファイバで伝送する光の周波数の
一例を示す図である。光パワー伝送用のレーザー１とし
ては必要なパワーに見合ったレベルのレーザーを用いる
ことが必要であるが、半導体レーザーを使用する場合、
数ワットクラスの伝送を行うことができるものとして波
長８００ｎｍ付近で発振する半導体レーザー（ＬＤ１）
を用いる。一方、制御用の光信号は、他の光信号に干渉
されないようにする必要があるので、波長８００ｎｍ付
近を避ける必要がある。更に、制御用の光信号は高出力
を必要としないので、電気信号を光信号に変換する電気
光変換回路８内にあるレーザーとして１３００ｎｍ付近
で発振する低出力型の半導体レーザー（ＬＤ２）を使用
する。ＬＤ１から発振する光とＬＤ２から発振する光と
は周波数が異なるので、互いに干渉する恐れがなく、両
者について１本の光ファイバを用いても、正確に制御信
号を送信することができる。

【００２０】図６は図５の光ファイバ３中の制御用光信
号の波形を示す図である。ここではフィードバック制御
回路７からの制御信号として、矩形波で且つ或る周期内
で所定のオンオフ時間比率を有する信号を用い、このよ
うな電気信号を光信号に変換して光ファイバで伝送す
る。図６では、ａ１点及びａ２点の光信号の波形が示さ
れているが、光ファイバでは内部損失によって光が光フ
ァイバ中を進むに従って光の強度が減衰する。しかし、
或る周期内でのオン（ＴON）とオフ（ＴOFF ）の時間比
率は変化しないので、光ファイバの伝送距離が変化して
も正確に制御信号を伝送することができる。

【００２１】図７(a) はフィードバック制御回路７の実
施例を示す図であり、図７(b) はレーザーの出力の制御
を行うドライブ装置２の実施例を示す図である。図７
(a) のフィードバック制御回路７は、コンデンサ５の電
圧Ｖ１を差分増幅器7aの一方の入力端子に入力する。差
分増幅器7aではコンデンサ５の電圧Ｖ１と基準電圧源7b
の電圧Ｅとの差分を適当な値に増幅して出力電圧Ｖ２と
する。次に差分増幅器7aからの出力電圧Ｖ２を比較器7d
の例えば正の入力端子に入力し、三角波発生器7cの出力
電圧Ｖ３を比較器7dの例えば負の入力端子に入力する。
比較器7dでは、例えば正の入力端子の電圧信号より負の
入力端子の電圧信号の値が大きい時に、オンレベルの電
圧信号Ｖ４を出力し、正の入力端子の電圧信号より負の
入力端子の電圧信号の値が小さい時に、オフレベルの電
圧信号Ｖ４を出力する。

【００２２】比較器7dの出力電圧信号Ｖ４は、図４に示
されるように、電気光変換回路８、光ファイバ３及び光
電気変換回路９を経由して、図７(b) のドライブ装置２
のスイッチ2bを駆動する。スイッチ2bは、オンレベルの
信号で閉状態となり、オフレベルで開状態となる。2aは
電流源である。

【００２３】図８、９及び１０は、負荷６の変動に伴う
コンデンサ５の電圧変動を検出してレーザー１のパワー
の制御を行う動作を説明する波形図であり、図７の場合
と同様、Ｖ１はコンデンサ５の電圧、Ｖ２は差分増幅器
7aの出力電圧、Ｖ３は三角波発生器7cの出力電圧、Ｖ４
は比較器7dの出力電圧である。更に、図１１は太陽電池
４の出力の電流−電圧特性を示す図である。この図で
は、最初に安定して動作している点をａ点とする。

【００２４】図８は負荷６の変動がない場合を示してお
り、Ｖ１及びＶ２の電圧は一定の値になり、従って、電
圧値Ｖ２とＶ３とを比較器7dで比較した結果であるＶ４
は一定のオンオフ時間比率を保った矩形波電圧になる。
ここで、オンオフ時間比率はオン時間（ＴON）を矩形波
電圧の一周期（ＴON＋ＴOFF ）で除算した値であり、こ
れをＤとすると、この信号がスイッチ2bの駆動信号にな
るので、レーザー１はＰ＝Ｄ・Ｐo のような一定の光パ
ワーＰを出力する。ここでＰo は連続発振の時の一定パ
ワーを表す。この式から、Ｄが一定の場合、レーザー１
は一定の光パワーを出力することが示される。従って、
図１１の太陽電池４に入射する光パワーＰは一定である
ので、太陽電池４の動作点はａ点（電圧Ｅo 、電流Ｉa
）を保持し、ａ点で決まる電力（Ｅo ×Ｉa ）を出力
する。

【００２５】図９は負荷６が必要とする電力が大きくな
った場合を示しており、Ｖ１が低下し、それに伴ってＶ
１とＥとの差分が増幅された電圧であるＶ２も低下す
る。このため、電圧値Ｖ２とＶ３とを比較器7dで比較し
た結果であるＶ４の矩形波ではオンレベルの時間が大き
くなる。即ち、オンオフ時間比率Ｄが大きくなる。この
時、前記の式Ｐ＝Ｄ・Ｐo から、レーザー１が発振する
光パワーが大きくなるので、図１１の太陽電池４の動作
点はａ点（電圧Ｅo 、電流Ｉa ）からｂ点（電圧Ｅo 、
電流Ｉｂ）に変化し、ｂ点で決まる電力（Ｅo ×Ｉｂ）
を出力するように変化する。

【００２６】図１０は負荷６が必要とする電力が小さく
なった場合を示しており、Ｖ１が増加し、それに伴って
Ｖ１とＥとの差分が増幅された電圧であるＶ２も増加す
る。このため、電圧値Ｖ２とＶ３とを比較器7dで比較し
た結果であるＶ４の矩形波ではオンレベルの時間が小さ
くなる。即ち、オンオフ時間比率Ｄが小さくなる。この
時、前記の式Ｐ＝Ｄ・Ｐo から、レーザー１が発振する
光パワーが小さくなるので、図１１の太陽電池４の動作
点はａ点（電圧Ｅo 、電流Ｉa ）からｃ点（電圧Ｅo 、
電流Ｉｃ）に変化し、ｃ点で決まる電力（Ｅo ×Ｉｃ）
を出力するように変化する。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
光パワー伝送装置にパワー制御を行うためのフィードバ
ック系を付加したので、負荷が必要とするパワーのみを
伝送することができ、電力の有効利用及び全体のエネル
ギー効率の改善を図ることができる。

【００２８】本発明によれば、光パワーを光ファイバで
伝送すると同時に制御用光信号も光ファイバで伝送する
ことにより、システムを電気的に完全に絶縁することが
できる。更に、光パワーと制御用信号の周波数を異なる
値に設定することにより、両者間の光の干渉を防ぎ、一
本の光ファイバでパワー光と制御信号光を伝送すること
ができる。更に、太陽電池側のコンデンサの充電量を反
映する電圧を一定にするようにフィードバックを行い、
負荷の変動に応じてレーザー側の出力の光パワーを変化
させる方法を採用したので、簡易に安定した光パワーの
制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光パワー伝送装置の概略を示す図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例を説明する図である。

【図３】本発明の第２実施例を説明する図である。

【図４】本発明の第３実施例を説明する図である。

【図５】光ファイバで伝送する光の周波数の一例を示す
図である。

【図６】図５の光ファイバ中の制御用光信号の波形を示
す図である。

【図７】フィードバック制御回路及びレーザーの出力の
制御を行うドライブ装置の実施例を示す図である。

【図８】負荷の変動がない場合におけるレーザーのパワ
ーの制御を行う動作を説明する波形図である。

【図９】負荷が必要とする電力が大きくなった場合にお
けるコンデンサの電圧変動を検出してレーザーのパワー
の制御を行う動作を説明する波形図である。

【図１０】負荷が必要とする電力が小さくなった場合に
おけるコンデンサの電圧変動を検出してレーザーのパワ
ーの制御を行う動作を説明する波形図である。

【図１１】太陽電池の出力の電流−電圧特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

１レーザー２レーザーのドライブ装置３光ファイバ４太陽電池５コンデンサ６負荷７フィードバック制御回路８電気光変換回路９光電気変換回路１０、１１光入出力器７ａ差分増幅器７ｂ基準電圧源７ｃ三角波発生器７ｄ比較器２ａ電流源２ｂスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者室山誠一東京都新宿区西新宿３丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザーを用いて電力を光パワーに変換
し、光パワーを光ファイバを通して伝送し、伝送された
光パワーを光電変換装置を用いて電力に再変換し、再変
換された電力を負荷に供給する光パワー伝送方法におい
て、レーザーが出力を制御するドライブ装置を具え、光電変
換装置と負荷との間にコンデンサを付加し、コンデンサ
で充放電される電力、電圧及び／又は電流の値を検知
し、その値に基づいてドライブ装置に制御信号をフィー
ドバックし、該制御信号によりレーザーが発振する光パ
ワーの制御を行うことを特徴とする光パワー伝送方法。
【請求項２】請求項１に記載の光パワー伝送方法にお
いて、前記ドライブ装置にフィードバックする制御信号
として光信号を用い、光ファイバを通してフィードバッ
クすることを特徴とする光パワー伝送方法。
【請求項３】請求項２に記載の光パワー伝送方法にお
いて、前記光パワーと前記ドライブ装置にフィードバッ
クする制御信号とを別々の周波数の光を用いて同一の光
ファイバを通して伝送することを特徴とする光パワー伝
送方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
光パワー伝送方法において、前記コンデンサの電圧をフ
ィードバック制御回路によって監視し、該電圧が低下し
た時はレーザーの出力パワーを上昇させる制御信号を、
該電圧が上昇した時はレーザーの出力パワーを低下させ
る制御信号を、前記ドライブ装置にフィードバックする
ことを特徴とする光パワー伝送方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
光パワー伝送方法において、前記ドライブ装置にフィー
ドバックする制御信号が光のオンオフ信号であり、オン
オフの時間比率の変化によってレーザーが発振する光パ
ワーを制御することを特徴とする光パワー伝送方法。
【請求項６】電力を光パワーに変換するレーザーと、
光パワーを伝送する光ファイバと、伝送された光パワー
を電力に再変換する光電変換装置とを具え、再変換され
た電力が負荷に供給されるように構成された光パワー伝
送装置において、レーザーの出力の制御を行うドライブ装置と、光電変換
装置と負荷との間に配置されたコンデンサと、該コンデ
ンサが充放電される際の電力、電圧及び／又は電流の値
を検知し、その値に基づいてドライブ装置に制御信号を
フィードバックするフィードバック制御回路とを具備す
ることを特徴とする光パワー伝送装置。
【請求項７】請求項６に記載の光パワー伝送装置にお
いて、前記光電変換装置が太陽電池であることを特徴と
する光パワー伝送装置。
【請求項８】請求項６又は７に記載の光パワー伝送装
置において、前記フィードバック制御回路の出力である
制御信号を光信号に変換する電気光変換回路と、光信号
に変換された制御信号を伝送する光ファイバと、光信号
に変換された制御信号を電気信号に再変換してドライブ
装置に出力する光電気変換回路とを具備することを特徴
とする光パワー伝送装置。
【請求項９】請求項８に記載の光パワー伝送装置にお
いて、前記電気光変換回路は前記制御信号を前記レーザ
ーの出力光と異なる周波数の光信号に変換することがで
き、光ファイバの両端に、該レーザーの出力光と該電気
光変換回路によって光信号に変換された制御信号とを同
一の光ファイバを通して伝送することができる光入出力
器を具備することを特徴とする光パワー伝送装置。
【請求項１０】請求項６乃至９のいずれか１項に記載
の光パワー伝送装置において、前記フィードバック制御
回路が、前記コンデンサの電圧を監視し、該電圧が低下
した時はレーザーの出力パワーを上昇させる制御信号を
出力し、該電圧が上昇した時はレーザーの出力パワーを
低下させる制御信号を出力するように構成されたことを
特徴とする光パワー伝送装置。
【請求項１１】請求項６乃至１０のいずれか１項に記
載の光パワー伝送装置において、前記電気光変換回路の
出力光が光のオンオフ信号であり、前記ドライブ装置
が、電気光変換回路の出力光のオンオフの時間比率の変
化によってレーザーが発振する光パワーを制御するよう
に構成されたことを特徴とする光パワー伝送装置。