通过光波导同时进行数据和功率传输的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信和功率传输，更具体地涉及一种在基站和远程站之间通过光波导同时进行全双工数据传输和功率传输的设备。
【背景技术】
[0002]通过光纤线缆进行数据通信是非常公知的，并且现在实施了很长一段时间了。通过光纤进行光功率传输现在在高压直流(HVDC，high voltage direct current)技术中已经已知许多年了，并且由于其提供的大量优点而越来越受欢迎。光纤提供的电功率具有提供对电气噪声完全免疫的优点，并且提供源和系统的完全隔离。
[0003]通过光纤线缆同时进行数据和功率传送需要大量线缆，即用于传输数据的线缆、用于接收数据的线缆和用于传输功率的单独的线缆。在这些系统中，为了通过单个光波导进行双向数据通信，使用双工模块。这些模块包含发送二极管和接收光电二极管，并且这些中的每一个通常在不同的波长处工作。通过附加的光波导向电气模块供给功率。为此，通过高功率激光器将光耦合到光波导中。然后，借助光伏转换器在电气模块中将光转换回电能，使用这些模块例如来测量高压电势下的电流和电压。以相同的方式，除了测量模块之外，还使用用于将电弧路径或间隙点火所需的高压电势下的间隙触发模块。
[0004]此外，双工模块还可以用于配备有具有不同的功率或波长的两个激光器并且也耦合到单个光波导中的医疗技术应用。
[0005]使用光纤线缆的优点是广泛已知的。使用光纤线缆进行传输产生低传输损耗并且不产生串话，并且使可使用的带宽更宽。它们提供信号安全、电气隔离，并且对干扰提供免疫。此外，光纤线缆的尺寸和重量小，并且原材料可富余地获得。这些仅仅是使用光纤线缆进行数据和功率传输的优点中的一部分。
[0006]然而，当使用先前提到的双工模块进行数据传输时，使用单独的光波导来与数据一起传输功率。因为用于功率传输的附加线缆需要额外的原材料，因此这使传输的成本增加。安装成本也增加。
[0007]美国专利US7844154公开了一种特殊的线缆，其中，数据和功率传输可以通过单个光波导来进行。这种线缆消除了在进行数据传输的系统中使用单独的线缆来传输功率的需要。该专利公开了一种光纤，其被适配为承载光功率用于对电气设备供电，并且还被任选地适配为承载光数据用于进行信号处理。能够承载光数据和光功率两者的光纤包括承载数据光的中心数据波导区域以及同心地围绕数据波导区域并且被适配为承载相对大量的光功率的环形功率波导区域。
[0008]然而，上面公开的发明需要对普通光纤线缆进行特殊的结构改变，其包括制作用于通过同一线缆分别传输功率和数据的不同的同轴通道。
[0009]因此，存在对通过单个光波导同时传输功率和数据、而不需要对已有的光波导进行任何结构改变的设备的需要。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的是提供一种具成本效益的、用于在不改变已有光波导的结构的情况下通过单个光波导同时传输数据和功率的设备。
[0011 ]通过使用三重模块，在一个波长处传输数据，在另一个波长处接收数据，并且在第三个不同的波长上传输功率，来达到通过同一个光波导将全双工数据传输与同时的功率传输集成的目的。
[0012]所提出的解决方案克服了铺设附加的光纤线缆用于功率传输或者对普通光波导进行结构改变用于传输功率的需要。由于通过使用三重模块通过单个光波导利用激光对电子模块进行功率供给和数据传送，因此这使得节约构成光波导的原材料，并且其还使得节约铺设光波导的手续成本，因为仅单个波导就能够提供所希望的结果。
[0013]已有的通过激光通道进行数据传输、尤其是从基站到远程站的上行链路传输的方法易于出错，因为数据传送还必须同时实现对模块的功率供给，换句话说，经由数据传送来实现模块的功率供给。在使用如在本发明中公开的三重模块的系统的情况下，通过激光的数据传送和功率供给彼此完全独立地进行。其结果是，能够预期更高的传输和安装的可靠性。
[0014]本发明公开了一种使用三重模块通过单个光波导同时进行全双工数据和功率传输的设备和方法。在该设备中，光波导连接基站和远程站。在基站处，大功率激光源或大功率激光源发出第一激光束用于承载从基站通过光波导到远程站的功率，并且低功率激光源、例如低功率激光二极管发出第二激光束用于承载从基站通过光波导到远程站的数据。光接口将激光束耦合到光波导中以进行传输。在对应的第一和第二远程站光接收器处接收第一和第二激光束。类似地，在远程站处，低功率激光源、例如低功率激光二极管发出第三激光束，用于承载从远程站到基站的数据，并且在基站光接收器处接收该束。第一、第二和第三激光束的波长不同。
[0015]本发明公开了一种用于在基站和远程站之间通过光波导同时进行数据和功率传输的设备。数据传输是双工双向传输。该设备包括基站、远程站和将基站连接到远程站的光波导。基站用于通过光波导发送和接收数据并且用于通过光波导进行功率传输。基站包括用于发出第一波长的第一激光束的大功率激光源、用于发出第二波长的第二激光束的低功率激光源、例如低功率激光二极管以及用于从远程站接收第三波长的第三激光束的基站光接收器。第一激光束用于进行从基站到远程站的功率传输，第二激光束用于进行从基站到远程站的数据传输，并且第三激光束用于进行从远程站到基站的数据传输。该设备还包括:基站光接口，用于将第一和第二激光束同时耦合到光波导中，并且将第三激光束从光波导引导到基站光接收器。
[0016]远程站用于接收和发送数据，并且用于通过光波导从基站接收功率。远程站还包括:低功率激光源、例如低功率激光二极管，用于至少产生所述第三激光束，用于进行从远程站到基站的数据传输;第一远程站光接收器，用于接收来自基站的所述第一激光束;第二远程站光接收器，用于接收来自基站的所述第二激光束。所述设备还包括:远程站光接口，用于同时将所述第一激光束引导到所述第一远程站光接收器、将所述第二激光束引导到所述第二远程站光接收器，并且用于将所述第三激光束耦合到光波导中。
[0017]在该设备中，第一、第二和第三激光束的第一、第二和第三波长分别彼此不同。用于进行从基站到远程站的功率传输的设备、即用作功率发送器的大功率激光源和第一远程站光接收器在第一波长处工作。用于进行从基站到远程站的数据传输的设备、即用作上行链路数据发送器的基站处的低功率激光二极管和第二远程站光接收器在第二波长处工作。用于进行从远程站到基站的下行链路数据传输的设备、即用作下行链路数据发送器的远程站处的低功率激光二极管和基站光接收器在第三波长处工作。
[0018]激光束的特性、例如窄光谱宽度、高强度、高方向性和相干性使其成为这些应用的最佳选择。
[0019]在所述设备中使用的光波导的示例是多模62.5/125或者105/125μπι光纤线缆。
[0020]在另一个实施例中，所述第一远程站光接收器包括光伏功率转换器(PPC)，用于将从所述第一激光束接收到的功率转换为电能。作为光经由第一激光束通过光波导传输功率，并且在远程站处接收功率。PPC接收激光束中的功率，并且将光能转换为电能。在一个示例中，PPC是PPC-6E，其是对于790-850nm照明范围内的最大效率优化过的光伏功率转换器。其被设计为将790-850nm的光转换为最大6V的电功率，输出几mW至0.5W的功率。PPC-6E可以带有ST或FC接头。其提供完全的电隔离。PPC-6E对于810nm光源优化过。
[0021 ]向远程站处的处于高电压的电子模块供给通过光波导传输的功率。电子模块的示例是测量模块、间隙触发模块等。使用这些模块例如用于测量处于高电压电势的电流和电压。以相同的方式，除了测量模块之外，还使用用于将电弧路径或间隙点火所需的处于高压电势的间隙触发模块。因此，分别利用附加的大功率激光二极管或者光电元件，利用单个光波导，换句话说，利用光波导、光纤等，以向位于高电压处的电子模块、组件、板等供给电力。
[0022]在设备的另一个实施例中，所述基站光接收器、所述第一远程站光接收器和所述第二远程站光接收器是光电二极管。光电二极管是基于半导体的光检测器，其能够将来自第一、第二和第三激光束的光转换为电流或电压。这些光电二极管可以感测落在其上的激光束的发光功率，并且将该光功率转换为对应的电流。仅使用这些光电二极管，因为其尺寸小、材料合适、灵敏度高并且响应时间快。
[0023]在又一个实施例中，低功率激光源、即基站处的低功率激光源和/或远程站处的低功率激光源是激光二极管。在又一个实施例中，这些激光二极管是垂直腔面发射激光器(VCSEL,vertical-cavity surface-emitting laser)类型的。VCSEL是半导体激光二极管，与传统的边缘发射半导体激光器不同，其激光束发射垂直于顶表面。使用VCSEL，通过按