纳米管信号传输系统的制作方法

纳米管信号传输系统的制作方法
【专利摘要】一种用于传输信号的方法和装置。该装置包括包含数层碳的管，数层碳形成管的壁。数层碳具有被配置为传播光信号的数个光特性以及被配置为传导电信号的数个电特性。
【专利说明】纳米管信号传输系统

【技术领域】
[0001]本发明总体涉及传输信息，并且特别涉及传输光信号和电信号。更特别地，本发明涉及使用纳米管传输光信号和电信号的方法和装置。

【背景技术】
[0002]在飞行器、卫星、船、潜艇、车辆、输电线路、通信线路以及其他情形中，期望减小设备的尺寸和重量。例如，减小用于传输信号的通信链路的重量和尺寸可能是期望的。这些通信链路可以传输信息、电力、或者信息和电力两者。电线通常被用于飞行器和其他移动平台，以及输电线路、通信线路和在各种装置之间传输信号的其他环境。
[0003]用于形成通信链路和/或电力链路的电线和绝缘体可能比期望的重。进一步，随着电线数量的增加，电线所需要的空间可能比期望的增加得多。
[0004]一种替代方式涉及使用通过光纤所形成的通信链路。光纤是一种可以由诸如石英的材料制成的柔性透明纤维。这些光纤中的一个或多个可以被放置在包层中，在包层周围具有护套(sheath)以形成光纤电缆。与用于承载电信号的电线相比，光纤电缆可以细得多和轻得多。然而，光纤仍然可能具有比所期望的更大的尺寸和重量。
[0005]因此，期望具有一种方法和装置，其考虑了至少一些以上所讨论的问题以及其他可能问题。


【发明内容】

[0006]在一个说明性实施例中，一种装置包括包含数层碳的管，数层碳形成管的壁。数层碳具有被配置为传播光信号的数个光特性和被配置为传导电信号的数个电特性。
[0007]在另一说明性实施例中，通信系统包括网络和数个装置。网络包含被配置为在网络内传输光信号和电信号的石墨烯纳米管。数个装置被配置为使用光信号和电信号中的至少一个交换信息。
[0008]在另一说明性实施例中，提出了一种传输信号的方法。使用包含数层碳的管传输光信号和电信号中的至少一个，数层碳形成管的壁。数层碳具有被配置为传播光信号的数个光特性和被配置为传导电信号的数个电特性。
[0009]根据本公开的一方面，提供了一种装置，其包括包含数层碳的管，数层碳形成管的壁，其中数层碳具有被配置为传播光信号的数个光特性和被配置为传导电信号的数个电特性。该装置进一步包括被配置为覆盖管的壁的外表面的绝缘护套。有利地，光信号在管中的通道内传播。有利地，电信号沿管的壁传播。
[0010]进一步，碳层的数目是从一层到三层。有利地，数层碳是数层石墨烯。该装置进一步包括其中管是碳纳米管。有利地，其中管被配置为以光信号和电信号中的至少一个传输信息。
[0011]有利地，管被配置为使用光信号传输信息并且使用电信号传输电力。管和包含附加的数层碳的数个附加管形成通信链路。该装置进一步包括覆盖管和数个附加管的绝缘护套。
[0012]根据本公开的另一方面，提出了一种通信系统，其包括包含被配置为在网络内传输光信号和电信号的石墨烯纳米管的网络，以及被配置为使用光信号和电信号中的至少一个交换信息的数个装置。数个装置的一部分经由石墨烯纳米管接收来自网络的电力。有利地，石墨烯纳米管包含一层石墨烯到三层石墨烯。
[0013]根据本公开的一方面，提出了一种用于传输信号的方法，其包括使用包含数层碳的管传输光信号和电信号中的至少一个，数层碳形成管的壁，其中数层碳具有被配置为传播光信号的数个光特性和被配置为传导电信号的数个电特性。该方法进一步包括将信息编码成光信号和电信号中的至少一个。
[0014]该方法进一步包括使用光信号和电信号中的至少一个向装置供应电力。有利地，电信号沿管的壁传播。有利地，碳层的数目是从一层到三层。数层碳是数层石墨烯。
[0015]特征和功能可以在本公开的各种实施例中独立地被实现，或者在其他实施例中被组合，参考以下的描述和附图可以看到进一步细节。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]在随附的权利要求中提出了被认为表征了说明性实施例的新颖特征。然而，当结合附图阅读通过参考本公开的说明性实施例的以下详细描述，将更好地理解说明性实施例和使用的优选模式、其进一步的目的和特征，其中:
[0017]图1是根据说明性实施例的信息环境的框图的图示；
[0018]图2是根据说明性实施例的通信链路的框图的图示；
[0019]图3是根据说明性实施例的管的框图的图示；
[0020]图4是根据说明性实施例的装置的框图的图示；
[0021]图5是根据说明性实施例的可以在通信线路中使用的一层碳的图示；
[0022]图6是根据说明性实施例的由一层石墨烯形成的管的图示；
[0023]图7是根据说明性实施例的纳米管的一端的图示；
[0024]图8是根据说明性实施例的通信链路的图示；
[0025]图9是根据说明性实施例的通信链路的一端的图示；
[0026]图10是根据说明性实施例的可以被选择以形成不同类型的纳米管的多层碳的不同取向的图示；
[0027]图11是根据说明性实施例的多壁纳米管的图示；
[0028]图12是根据说明性实施例的通过纳米管相互连接的装置的图示；
[0029]图13是根据说明性实施例的由霍尔效应装置供电的装置的图示；
[0030]图14是根据说明性实施例的用于传输信号的过程的流程图的图示；
[0031]图15是根据说明性实施例的用于传输信号的过程的流程图的图示；以及
[0032]图16是根据说明性实施例的用于传输信号的过程的流程图的图示。

【具体实施方式】
[0033]说明性实施例认识和考虑到一个或多个不同考虑因素。例如，说明性实施例认识和考虑到碳纳米管可以被用于替代光纤。这些碳纳米管与光纤相比在直径上细得多。例如，光纤可以具有从约0.25毫米到约0.5毫米的直径。相反，纳米管可以具有约I纳米的直径，尽管该直径可能变化。换句话说，约0.5毫米厚的光纤比具有约I纳米直径的纳米管粗约500，000倍。
[0034]说明性实施例认识和考虑到，碳纳米管可以被选择为具有通过纳米管中的通道传播光信号的特性。以这种方式，使用碳纳米管所形成的通信链路与光纤相比重量更轻并且占用空间更小。
[0035]进一步，说明性实施例还认识和考虑到，通常通信系统内的装置可能使用不同类型的信号传播。例如，说明性实施例认识和考虑到，某些装置可能使用光信号，而其他装置可能使用电信号。因此，在其中实现通信链路的飞行器或者其他平台可能使用电线和光纤两者。在这些设计下，从光纤节省的一些重量和尺寸可能丧失。此外，这些通信系统的设计考虑到可能在通信系统内使用的装置。如果更换使用不同类型的信号传播的装置，则需要存在电线和光纤两者。为增加灵活性而存在两种类型的通信链路可能进一步使通信链路的尺寸和重量增加超出所期望的。
[0036]说明性实施例还认识和考虑到，即使在使用光纤时，也可能需要额外的电线来向装置提供电力，因为当前所使用的光纤不能够承载电力。光缆除了包括传导电信号的光纤夕卜，还可以包括导电护套或者电线。这些电信号可以被用于信息和电力。然而，包括这些部件的光纤可以比所期望的更厚和更重。
[0037]因此，说明性实施例提供一种用于在信号通信链路内传输不同类型的信号的方法和装置。在这些说明性示例中，装置包括包含形成壁的数层碳的管。数层碳具有被配置为传播光信号的数个光特性和被配置为传导电信号的数个电特性。以这种方式，同一通信链路可以被用于传输两种类型的信号。进一步，通信链路还可以被用于以光信号传输信息，同时以电信号为装置传输电力。
[0038]现参考附图，并且尤其参考附图1，根据说明性实施例描绘了信息环境的框图的图示。在这个所描绘的示例中，信息环境100包括通信系统102。
[0039]通信系统102可以被用于传输信息103。该信息可以采用数种不同的形式。例如，信息103可以是图像、数据、视频、程序、命令、声音以及其他类型的信息。
[0040]通信系统102可以与平台104关联。当一个部件与另一个部件“关联”时，该关联在这些描绘的示例中是物理关联。例如，第一部件即通信系统102可以被认为是通过以下方式与第二部件即平台104关联:被固定到该第二部件、接合到该第二部件、安装到该第二部件、焊接到该第二部件、紧固到该第二部件和/或以某些其他适合的方式连接到该第二部件。第一部件还可以使用第三部件连接到第二部件。第一部件还可以被认为是通过形成为第二部件的一部分和/或延伸而与第二部件关联。
[0041]如在此所使用的，当参考项目使用时，“数个”指一个或多个项目。例如，数个形式是一个或多个不同形式。作为另一示例，数层碳可以指单层碳。
[0042]在这些说明性示例中，平台104可以采用数个不同形式。例如但不限于，平台104可以是移动平台、固定平台、陆基结构、水基结构以及空间基结构。更具体地，平台104可以是水面舰艇、坦克、人员运输车、火车、宇宙飞船、空间站、卫星、潜水艇、汽车、发电厂、桥梁、大坝、制造厂、建筑、电话通信系统、有线电视网络以及海底光缆、高功率传输系统、通信系统以及其他适合平台。
[0043]如所描绘的，通信系统102包括网络106和装置108。在这些说明性示例中，装置108是硬件装置。装置108可以采用数种不同形式。例如，装置108可以包括计算机、平板计算机、传感器、执行器、中继器、开关、路由器、网络节点以及其他适合类型的装置中的至少一种。
[0044]如在此所使用的，短语“至少一个(种)”在与一系列项目使用时，意思是可能使用所列项目中的一个或者多个的不同组合，并且可能仅需要列表中每个项目的一个。例如，“项目A、项目B以及项目C中的至少一个(种)”可以包括但不限于，项目A、或者项目A和项目B。这个示例也可以包括项目A、项目B和项目C、或者项目B和项目C。在其他示例中，“至少一个(种)”可以是例如但不限于，两个项目A、一个项目B以及十个项目C ;四个项目B和七个项目C ;以及其他适合组合。
[0045]网络106包含通信链路110。通信链路110在这些说明性示例中是硬件链路。通信链路110被配置为同时承载光信号112、电信号114、或者光信号112和电信号114两者。装置108可以使用光信号112、电信号114、或者光信号112和电信号114两者操作。
[0046]在这些说明性示例中，信息103可以通过装置108使用光信号112、电信号114或者二者进行交换。此外，在这些说明性示例中，电力118可以通过在通信系统102中的网络106内所传输的电信号114被供应到装置108的一部分。也就是说，装置108中的一个或多个可以接收来自网络106的电力。在其他说明性示例中，电力118还可以通过光信号112被供应。因此，可以使用光信号112和电信号114中的至少一个来供应电力118。
[0047]现参考图2，根据说明性实施例描绘了通信链路的框图的图示。在所描绘的示例中，通信链路200是图1中通信链路110中的通信链路的示例。
[0048]如所描绘的，通信链路200包括数个管202。数个管202可以被配置为向图1中的光信号112提供期望的折射率。数个管202可以是单个管。也就是说，当数个管202包括多于一个的管时，除了该管外还可以存在数个附加的管。
[0049]数个管202中的每个管可以由数个护套204覆盖。当在数个管202中存在多于一个的管时，数个附加的管可以进一步由封套(cover) 206覆盖。
[0050]如所描绘的，在数个护套204中的护套是绝缘护套。在这些说明性示例中，数个护套204可以为电信号提供绝缘。此外，数个护套204还可以被配置为向图1中可以穿过数个管202中的壁的光信号112提供期望的折射率。进一步，数个护套204可以被配置为对以大于该折射率的入射穿过壁的散杂光子进行光吸收。
[0051]现参考图3，根据说明性实施例描绘了管的框图的图示。在这个说明性示例中，管300是用于图2中通信链路200的数个管202中的管的示例。
[0052]在这些说明性示例中，管300包含形成壁304的数层碳302。通道306延伸穿过管300。如所描绘的，数层碳302可以采用数层石墨烯308的形式。也就是说，管300可以是石墨烯管，并且更具体地，可以是石墨烯纳米管。因此，网络106可以包含用于在通信系统102中的数个装置108之间交换电信号的石墨烯纳米管。
[0053]数层碳302可以是例如一层、两层、三层或者某些其他适合数目的层。也就是说，用于管300的数层碳302可以是单层碳。在某些说明性示例中，当数层碳302包括多于一个的层时，管300除了包括该层碳外，还可以包括附加的数层碳。
[0054]在这些说明性示例中，形成管300的数层碳302具有数个光特性310和数个电特性312。数层碳302的数个光特性被配置为传播光信号314。数层碳302的数个电特性312被配置为传导电信号316。在这些说明性示例中，光信号314和电信号316两者可以基本上同时行进通过管300。光信号314是图1中光信号112中的光信号的示例。电信号316是图1中电信号114中的电信号的示例。
[0055]数个光特性310可以包括折射率。例如，折射率可以高于或者低于空气、真空或者通道306中的某些其他介质的折射率，在这些介质中，折射率允许管300内的通道306用作光纤中的中空芯。也就是说，在某些说明性示例中，通道306可以包括光子传播通过的材料。
[0056]折射率可以通过参数来控制，例如，纳米管的密度。在一个说明性示例中，密度可以是该管的密度、给定体积内的管的数目、或者两者。折射率可以控制管相对彼此的相对对齐。
[0057]电阻率、阻抗、电容以及电导率是数个电特性312中的电特性的示例。在这些说明性示例中，期望较低的电阻率或者较高的电导率。具体地，电阻率被选择为足够低，从而以期望的方式传导电子。
[0058]在这些说明性示例中，光信号314可以传播通过管300内的通道306。如所描绘的，光信号314可以具有各种波长。这些波长可以是针对可见光、红外光、紫外光或者其他波长。例如，光信号314的波长可以从约10纳米到约400微米。
[0059]电信号316可以沿着管300的壁304传播。电信号316的传播可以沿壁304的内表面318、壁304的外表面320、或者两者。
[0060]如所描绘的，管300被配置为以光信号314和电信号316中的至少一种传输信息322。此外，管300还被配置为使用光信号314和电信号316中的至少一种传输电力324。
[0061]在某些说明性示例中，数层碳302中的不同层可以具有多种取向。这些取向可以具有不同的角度，并且可以形成锯齿型纳米管、扶手椅型纳米管以及手性纳米管中的至少一种。数层碳302的这些不同类型的取向可以被选择为修改管300的电特性、光特性和/或者化学特性。
[0062]进一步，附加的数层其他材料可以被添加到管300，以修改管300的电特性、光特性和/或化学特性。例如，可以添加一层或多层碳、石墨烯或者其他材料，从而形成绝缘性、生成电感、生成电容、修改折射率、保护管免受化学变化和/或为其他目的。
[0063]现参考图4，根据说明性实施例描绘了装置的框图的图示。在这个描绘的示例中，装置400是图1中装置108内的装置的示例。
[0064]在这些说明性示例中，装置400可以使用通过经由管的连接的光信号和电信号中的至少一个来通信。如所描绘的，装置400包括接收器402和发送器404中的至少一个。
[0065]接收器402和发送器404是硬件，并且可以包括软件。可以使用电路实现接收器402和发送器404。这些电路可以被配置为生成或者处理电信号、光信号、或者电信号和光信号两者。例如，发送器404可以包括以电信号对信息进行编码的编码器。以类似的方式，接收器402可以包括从电信号获取信息的解码器。
[0066]在这个说明性示例中，接收器402与管406通信，而发送器404与管408通信。管406和管408可以是诸如图3中的管300的管。特别地，在这些说明性示例中，管406和管408可以在同一通信链路中。例如，管406和管408可以是图2中通信链路200内的数个管202中的管。在其他说明性示例中，这两个管可以在分开的通信链路中。
[0067]在这个说明性示例中，接收器402被配置为通过管406接收光信号410和电信号412。发送器404被配置为通过管408发送光信号414和电信号416。
[0068]在这些说明性示例中，光信号和电信号可以基本上同时被发送和/或接收。例如，光信号410和电信号412可以通过管406同时被接收。以类似的方式，光信号414和电信号416可以通过管408同时被发送。
[0069]在某些说明性示例中，电信号412可以被用于向装置400内的一个或多个电路提供电力。例如，电信号412可以被配置为向接收器402和发送器404中的至少一个以及一个或多个电路418提供电力。电路418可以采用各种形式。例如，电路418可以包括放大器、缓冲器、存储器、处理器单元以及其他适合类型的电路中的至少一个。
[0070]在这些说明性示例中，可以使用光信号414和电信号416中的至少一个传输信息。当光信号414和电信号416两者均被用于传输信息时，这些信号可以通过管408同时被传输。
[0071]在某些说明性示例中，装置400还可以包括电源420。电源420可以被用于使用电信号416发送电力。电源420可以采用多种形式。例如，电源420可以是从其他形式的能量生成电能的发电机。在其他说明性示例中，电源420可以控制电信号416的特性，例如，电压、电流以及其他适合特性。例如，当使用管408发送电信号416时，电源420可以将交流电转换成直流电，或者反之亦然。
[0072]在其他说明性示例中，装置400中的电源420可以接收电信号412，并且向装置400中的不同电路发送电信号412。
[0073]在其他说明性示例中，电源420可以被用于使用霍尔效应间接地从电信号412汲取电力。除了使用电信号412中的电流向装置400内的电路提供电力外，装置400还可以间接地从电信号412汲取电力。
[0074]例如，电源420可以包括磁场发电机422。在这些说明性示例中，磁场发电机422可以包括磁体、电磁体以及其他适合类型的装置中的至少一个。
[0075]磁场发电机422被配置为当接收到电信号412时，在管406的第一侧和第二侧之间生成电压差。电路(例如，接收器402、发送器404或者电路418中的某些其他电路)可以被配置为使用该电压差进行操作。以这种方式，装置400可以间接地从电信号412汲取电力。当然，电信号412还可以直接被用于为装置400汲取电力。电信号412可以具有由装置400内的电路使用的电流。
[0076]此外，当发送器404发送电信号416时，磁场发电机422还可以与管408 —起使用。在这种配置中，在管408的第一侧和第二侧之间存在电压差。该电压差还可以被用于为装置400中的不同电路供电，例如，接收器402、发送器404以及电路418中的至少一个。
[0077]图1-4中的信息环境100以及信息环境100中的不同部件的图示并非意味着暗示对说明性实施例可以被实现的方式进行物理或者结构限制。可以使用除了所示部件之外的其他部件，或者替代所示部件。某些部件可能是非必需的。而且，呈现方框是为了说明某些功能部件。当在说明性实施例中被实现时，这些方框中的一个或多个可以被组合、被划分、或者被组合和划分成不同的方框。
[0078]例如，信息环境100还可以包括包含电线和光纤的通信链路。进一步，在某些说明性示例中，通信链路110可以包括无线通信链路。
[0079]进一步，在其他说明性示例中，通信系统102可以跨过比平台104更多的位置。例如，通信系统102可以是局域网、广域网、内联网或者某些其他适合类型的通信系统。进一步，在其他说明性示例中，通信系统102可以是具有固有的光通信信令的高压输电线路。
[0080]现转到图5，根据说明性实施例描绘了可以在通信链路中使用的一层碳的图示。在这个描绘的示例中，碳层500是可以被用于形成诸如图3中以方框形式所示的管300的管的一层碳的示例。
[0081]在这个说明性示例中，碳层500采用石墨烯层502的形式。石墨烯是碳的同素异形体。如所描绘的，石墨烯层502采用由碳原子形成的蜂巢晶格的形式。
[0082]在这些说明性示例中，石墨烯层502提供期望的电特性，用于传导电信号。例如，石墨烯层502在室温下具有期望水平的电子迀移率。例如，该迀移率可以是约15, 000cm2v-ls-l或者更大。石墨稀层502的电阻率在室温下可以约为10_6ohms/cm。
[0083]现转到图6，根据说明性实施例描绘了由一层石墨烯所形成的管的图示。在这个说明性示例中，来自图5的石墨烯层502是管600的形状。在这个说明性示例中，管600采用纳米管602的形式。纳米管602具有端部604和端部606。通道608从纳米管602的端部604延伸到端部606。
[0084]纳米管602具有直径610。直径610可以是例如约0.4纳米到约40纳米。然而，直径610可以是任何直径，这取决于实施方式。例如，直径610可以大于40纳米。在其他说明性示例中，直径610可以比纳米结构的通常值大。
[0085]在这些说明性示例中，纳米管602具有长度612。长度612可以变化。例如，长度612可以是约18.5厘米。然而，石墨烯是已知的最强材料之一，并且长度612可以是能够被制造的任何长度。因此，长度612也可以大于约18.5厘米。例如，长度612甚至可以是约I米、约I千米或者某些其他适合的长度。
[0086]现转到图7，根据说明性实施例描绘了纳米管的一端的图示。在这个描绘的示例中，描绘了纳米管602的端部606。在这个说明性示例中，纳米管602的壁700具有内表面702和外表面704。
[0087]如所描绘的，光信号的光子706可以传播通过通道608。当光子706传播通过通道608时，光子706可以从壁700的内表面702反射。如所描绘的，光子706的波长可以影响纳米管602的折射率。
[0088]在这些说明性示例中，只要光子行进所沿着的向量与壁700的内表面702之间的角度不大于约20度，光子706就可以继续从壁700的内表面702反射。如果角度大于约20度，则光子可以穿过壁700。此外，光子708可以沿着壁700的内表面702、壁700的外表面704传导，或者沿着纳米管602的壁700的内表面702和外表面704传导。
[0089]取决于纳米管602的长度，多个纳米管可以相互对齐、接合或者以其他方式相互连接，从而形成用于通信链路的更长结构。也就是说，纳米管的一端可以连接到另一纳米管的一端，使得两个纳米管中的通道相互连通/通信。
[0090]现转到图8，根据说明性实施例描绘了通信链路的图示。在描绘的示例中，通信链路800具有端部802和端部804。通信链路800包含纳米管806、808、810、812、814、816以及818。这些纳米管可以是诸如图6-7中所示的纳米管602的纳米管。
[0091]在这个说明性示例中，护套820、822、824、826、828、829以及830分别覆盖纳米管806、808、810、812、814、816以及818。因此，这些纳米管可以独立地被绝缘，使得多个电信号可以通过通信链路800传输。
[0092]如果不同的纳米管不是独立地被绝缘，则纳米管可以承载同一电信号，但是电阻降低、电子流更多并且功率更高。进一步，当纳米管不是独立地被绝缘时，不同的光信号仍然可以通过不同纳米管的通道传播。
[0093]此外，通信链路800还可以包括封套832。封套832可以是保护性封套，并且取决于特定的实施方式，还可以提供绝缘特性。
[0094]现转向图9，根据说明性实施例描绘了通信链路的一端的图示。在这个说明性示例中，示出了通信链路800的端部802。
[0095]现参考图10，根据说明性实施例描绘了可以被选择以形成不同类型的纳米管的多层碳的不同取向的图示。在这个说明性示例中，片材1000是碳片材。碳原子在该片材中的布置是石墨烯的形式。
[0096]如所描绘的，层1002可以由片材1000的一部分形成。层1002是形成图3中的管300的数层碳302中的一层的示例。
[0097]层1004也可以由片材1000形成。在这个说明性示例中，层1004可以被形成为形成锯齿型纳米管的管。
[0098]作为另一示例，层1006是可以由片材1000形成的另一层。层1006具有可以被用于形成扶手椅型纳米管的取向。当然，取决于特定的实施方式，可以选择除了在此所示的那些取向之外的具有不同角度的其他取向。
[0099]现转向图11，根据说明性实施例描绘了多壁纳米管的图示。在这个说明性示例中，纳米管1100可以包含多层碳1102。这些不同层的碳形成了壁1104。具体地，层1100包括层1106、层1108以及层1110。这些层形成管1100的壁1112、壁1114以及壁1116。
[0100]现转向图12，根据说明性实施例描绘了通过纳米管相互连接的装置的图示。在这个描绘的示例中，装置1200和装置1202可以经由通信链路1204和通信链路1206相互通信。通信链路1204和通信链路1206由纳米管1207形成。
[0101]如所描绘的，通信链路1204 包括管 1208、1210、1212、1214、1216、1218 以及 1220。通信链路 1206 包括纳米管 1222、1224、1226、1228、1230、1232 以及 1234。
[0102]如所描绘的，装置1200包括发送器1240、接收器1242以及电源1244。装置1202包括发送器1246、接收器1248以及电源1245。
[0103]发送器1240和发送器1246可以被配置为发送光信号、电信号、或者光信号和电信号两者。这些发送器可以包括光发射器，例如，发光二极管、激光以及生成光信号的其他适合光器件。发送器还可以包括被配置为生成电信号的电路。
[0104]发送器中的这些电路可以包括，例如，模数转换电路、数模转换电路、语音通信电路、视频通信电路、信令电路、多路复用器/解复用器电路、射频电路、控制电路、传感器、磁电感应器、太阳能电池板、电源变换电路、直流电路、交流电路以及其他适合电路。
[0105]接收器1242和接收器1248被配置为接收光信号、电信号、或者光信号和电信号两者。这些接收器可以包括光电二极管、电荷耦合器件、光倍增器以及其他适合的光信号检测器。接收器还可以包括被配置为接收电信号的电路。
[0106]接收器中的这些电路可以包括，例如，模数转换电路、数模转换电路、语音通信电路、视频通信电路、信令电路、多路复用器/解复用器电路、射频电路、控制电路、传感器接收器电路、电磁感应器、热发生器、电源变换电路、直流负载、交流负载以及任何其他适合电路。
[0107]电源1244被配置为生成可以被用于对电路供电的电信号。电源1244可以是例如直流电源、交流电源或者某些其他适合类型的电源装置。
[0108]电源1245被配置为接收由电源1244生成的电力。电源1245包括被用于将电信号分配到装置1202内的电路的电路。
[0109]当然，电源1245还可以用于生成被用于向装置1202外部的电路供电的电信号。此夕卜，电源1244还可以被配置为接收由电源1245生成的电信号，并且将这些电信号分配到装置1200内的电路。
[0110]在这个说明性示例中，发送器1240可以将光子发送到通信链路1204中的一个或多个纳米管。这些光子可以由装置1202中的接收器1248使用通信链路1204中的一个或多个纳米管1207来接收。
[0111]以类似的方式，发送器1204还可以通过通信链路1204中的一个或多个纳米管1207发送电信号。这些电信号可以由接收器1200接收。在某些说明性示例中，通过通信链路1204中的一个或多个纳米管1207发送的电信号可以被用于向装置1202中的一个或多个电路供电。例如，电信号可以被用于向接收器1248、发送器1246或者这两个电路中的电路供电。在这个说明性示例中，电源1244可以生成电信号，这些电信号通过通信链路1204中的一个或多个管1207发送到接收器1248。
[0112]现转到图13，根据说明性实施例描绘了由霍尔效应装置供电的装置的图示。在这个说明性示例中，发送器1300和接收器1302可以使用通信链路1304互相通信。
[0113]发送器1300是图4中发送器404的实施方式的示例。接收器1302是图4中接收器402的实施方式的示例。
[0114]在这个说明性示例中，发送器1300包括放大器1306和光发射器1308。放大器1306被配置为放大输入信号，以便传输到接收器1302。在这些说明性示例中，这些输入信号是电信号。光发射器1308被配置为响应于接收到来自放大器1306的输入信号，通过通信链路1304中的管1310发送光信号。
[0115]接收器1302被配置为接收光信号。接收器1302包括光检测器1312、解码器1314以及缓冲器1316。
[0116]在这个说明性示例中，电流源1318连接到管1310，并且被配置为通过管1310发送电信号1320。在这些说明性示例中，电信号1320具有一电流水平。
[0117]进一步，磁场发电机1322可以被用于为发送器1300内的电路生成电力。磁场发电机1334产生磁场。
[0118]在这个说明性示例中，当电信号1320行进通过管1310时，由磁场发电机1322生成的磁场可以使电压差1324产生。该磁场被施加到电信号1320。
[0119]电压差1324是管1310的侧部1326和侧部1328之间的电压差。这个电压差可以延伸到通信链路1304的侧部1330和侧部1332。自侧部1330和侧部1332的连接可以连接到放大器1306，从而给放大器1306和光发射器1308提供电力。
[0120]以类似的方式，磁场发电机1334可以被配置成为接收器1302内的电路生成电力。磁场发电机1334生成磁场。当电信号1320穿过管1310时，磁场可以使电压差1324产生。磁场被施加到电信号1320。
[0121]这个电压差可以被用于向接收器1302提供电力。在这个说明性示例中，光检测器1312、解码器1314以及其他电子设备1316连接到管1310的侧部1330和侧部1332。
[0122]图5-13中的碳层、纳米管、通信链路以及装置的图示并非意味着暗示对说明性实施例可以被实现的方式进行物理或者结构限制。例如，在某些说明性示例中，通信链路800、通信链路1304、或者通信链路800和通信链路1304两者可以由单个纳米管而不是多个纳米管组成。
[0123]在其他说明性示例中，除了石墨烯502层外，纳米管602中可以存在附加层。例如，在形成纳米管602时可以存在一个或多个石墨烯层。
[0124]图5-13可以与图1-4中的部件组合、与图1_4中的部件一起使用或者二者的组合。此外，图5-13中的某些部件可以是图1-4中以方框形式所示的部件如何能够被实现为物理结构的说明性示例。
[0125]现参考图14，根据说明性实施例描绘了用于传输信号的过程的流程图的示图。图14中所示的过程可以被实现在图1中的信息环境100中。特别地，该过程可以被实现在使用诸如图3中管300的管所形成的通信链路110中。
[0126]该过程开始于第一装置将信息编码成光信号和电信号中的至少一个(操作1400)。第一装置可以是图1中装置108中的装置。
[0127]该过程接着使用包含数层碳的管传输光信号和电信号中的至少一个(操作1402)。该管具有被配置为传播光信号的数个光特性和被配置为传导电信号的数个电特性。
[0128]由第二装置接收并处理光信号、电信号或者二者(操作1404)，此后该过程结束。在操作1404中，第二装置可以解码或者使用以光信号和电信号中的至少一个编码的信息。在其他说明性示例中，第二装置可以放大光信号和电信号中的至少一个，并且将这些信号重新传输到又一装置。也就是说，第二装置可以操作为中继器或者放大器。进一步，该中继器或者放大器可以是纯电的、纯光的或者使用光-电或者电-光转换。
[0129]在其他说明性示例中，第一装置可以传输电信号作为电力信号。第二装置可以接收和使用电信号作为电源，用于第二装置内的不同电路。
[0130]现转向图15，根据说明性实施例描绘了用于传输信号的过程的流程图的图示。图15中所示的过程可以被实现在信息环境中，例如，图1中的信息环境100。特别地，使用图4中的装置400可以实现该过程。更具体地，可以使用装置400中的发送器404实现该过程。
[0131]该过程开始于将纳米管连接到装置中的发送器(操作1500)。该过程接着使用纳米管发送数个信号(操作1502)，此后该过程结束。在这个说明性示例中，操作1500可以包括传输光信号和电信号中的至少一个。在这些说明性示例中，可以使用纳米管同时传输光信号和电信号。
[0132]现转向图16，根据说明性实施例描绘了用于传输信号的过程的流程图的示图。图16所示的过程可以被实现在信息环境中，例如，图1中的信息环境100。特别地，可以使用图4中的装置400实现该过程。更具体地，可以使用装置400中的接收器402来实现。
[0133]该过程开始于将纳米管连接到装置中的接收器(操作1600)。该过程接着使用纳米管接收数个信号(操作1602)，此后该过程结束。在这个说明性示例中，操作1600可以包括传输光信号和电信号中的至少一个。在这些说明性示例中，可以使用纳米管同时传输光信号和电信号。
[0134]在所描绘的不同实施例中的流程图和框图示出了在说明性实施例中的装置和方法的某些可能实施方式的结构、功能以及操作。在这方面，在流程图或者框图中的每个方框可以代表模块、段、功能、和/或操作或步骤的一部分。例如，一个或多个方框可以被实现为程序代码、硬件、或者程序代码和硬件的组合。当以硬件实现时，硬件可以例如采用集成电路的形式，这些集成电路被制造或者被配置为执行流程图或者框图中的一个或多个操作。
[0135]在说明性实施例的某些替代实施方式中，方框中指出的一个功能或者多个功能可以不以图中所示的顺序发生。例如，在某些情况下，连续示出的两个方框可以基本上同时被执行，或者这些方框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样，除了流程图或者框图中所示的方框外，还可以添加其他方框。
[0136]例如，当装置包括收发器时，图15和图16中的操作可以被组合。收发器可以发送信号并同时接收信号。
[0137]因此，说明性实施例提供了用于传输光信号和电信号的方法和装置。这些信号可以同时通过通信链路中的同一管被传输。说明性示例使用由数层碳形成的管，在其中数层碳的结构被选择为具有用于传播光子的光特性和用于传导电子的电特性。
[0138]如上面所描绘的，这些管可以是纳米管，并且数层碳可以是数层石墨烯。通过在通信链路中使用纳米管，通信链路的尺寸和重量可以被减小。因此，与当前使用的光通信链路和电线链路相比，传输信息和电力的通信系统的尺寸和重量可以被减小。与使用金属电线和/或光纤相比，尺寸和重量的这个减小可以增加满足飞行器或者其他平台中的尺寸、重量、电力以及其他约束的容易性。
[0139]进一步，在一区域中纳米管的数目以及对于电子来说表面区域“趋肤效应”增加将极大地降低电导率，并且极大地增加能够被传递的电力。类似地，纳米管数目的增加将极大地增加单独的光传输介质的数目，并且因此极大地增加介质的带宽。
[0140]此外，说明性实施例还提供被配置为使用管进行通信的装置。这些装置可以使用光信号和电信号中的至少一个进行通信。在说明性示例中，这些信号可以编码信息。进一步，在某些说明性示例中，电信号还可以被用于向不同装置中的电路提供电力。
[0141]呈现不同说明性实施例的描述是为了说明和描述的目的，并无意穷尽或者对以公开的形式的实施例进行限制。对于本领域技术人员来说，许多修改和改变将是明显的。
[0142]例如，虽然某些说明性示例示出使用电信号来供应电力，但是光信号也可以被用于供应电力。当光信号被用于供应电力时，电路和其他装置可以被包括以生成光信号，这些光信号被配置为用于给装置和电路以及可被包括以接收和使用光能以便供电的装置供电。
[0143]进一步，与其他期望的实施例相比，不同的说明性实施例可以提供不同的特征。选择并描述了选定的一个或者多个实施例是为了更好地解释实施例的原理、实际应用并且使本领域技术人员能够理解具有适合所考虑的特定用途的各种修改的各种实施例的公开。
【权利要求】
1.一种装置，其包括: 包含数层碳(302)的管(300)，所述数层碳形成所述管(300)的壁(304)，其中所述数层碳(302)具有被配置为传播光信号(314)的数个光特性(310)和被配置为传导电信号(316)的数个电特性(312)。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括: 被配置为覆盖所述管(300)的所述壁(304)的外表面(320)的绝缘护套。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述光信号(314)在所述管(300)中的通道(306)内传播。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述电信号(316)沿所述管(300)的所述壁(304)传播。
5.根据权利要求1所述的装置，其中碳层(302)的数目是从一层到三层。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述数层碳(302)是数层石墨烯。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述管(300)是碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述管(300)被配置为以所述光信号(314)和所述电信号(316)中的至少一个传输信息(322)。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述管(300)被配置为使用所述光信号(314)传输信息(322)，并且使用所述电信号(316)传输电力(118)。
10.一种用于传输信号的方法，其包括: 使用包含数层碳(302)的管(300)传输光信号(314)和电信号(316)中的至少一个，所述数层碳形成所述管(300)的壁(304)，其中所述数层碳(302)具有被配置为传播所述光信号(314)的数个光特性(310)和被配置为传导所述电信号(316)的数个电特性(312)。
11.根据权利要求15所述的方法，还包括: 将信息(322)编码成所述光信号(314)和所述电信号(316)中的所述至少一个。
12.根据权利要求15所述的方法，还包括使用所述光信号(314)和所述电信号(316)中的至少一个向装置(400)供应电力(118)。
13.根据权利要求15所述的方法，其中所述电信号(316)沿所述管(300)的所述壁(304)传播。
14.根据权利要求15所述的方法，其中碳层(302)的数目是从一层到三层。
15.根据权利要求15所述的方法，其中所述数层碳(302)是数层石墨烯(308)。
【文档编号】B82Y10/00GK104471452SQ201380027579
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2012年5月29日
【发明者】W·R·豪, J·H·汉特, A·W·李 申请人:波音公司