納米管信號傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于傳輸信號的方法和裝置。該裝置包括包含數(shù)層碳的管，數(shù)層碳形成管的壁。數(shù)層碳具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性以及被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。
【專利說明】納米管信號傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及傳輸信息，并且特別涉及傳輸光信號和電信號。更特別地，本發(fā)明涉及使用納米管傳輸光信號和電信號的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在飛行器、衛(wèi)星、船、潛艇、車輛、輸電線路、通信線路以及其他情形中，期望減小設(shè)備的尺寸和重量。例如，減小用于傳輸信號的通信鏈路的重量和尺寸可能是期望的。這些通信鏈路可以傳輸信息、電力、或者信息和電力兩者。電線通常被用于飛行器和其他移動平臺，以及輸電線路、通信線路和在各種裝置之間傳輸信號的其他環(huán)境。
[0003]用于形成通信鏈路和/或電力鏈路的電線和絕緣體可能比期望的重。進一步，隨著電線數(shù)量的增加，電線所需要的空間可能比期望的增加得多。
[0004]一種替代方式涉及使用通過光纖所形成的通信鏈路。光纖是一種可以由諸如石英的材料制成的柔性透明纖維。這些光纖中的一個或多個可以被放置在包層中，在包層周圍具有護套(sheath)以形成光纖電纜。與用于承載電信號的電線相比，光纖電纜可以細(xì)得多和輕得多。然而，光纖仍然可能具有比所期望的更大的尺寸和重量。
[0005]因此，期望具有一種方法和裝置，其考慮了至少一些以上所討論的問題以及其他可能問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個說明性實施例中，一種裝置包括包含數(shù)層碳的管，數(shù)層碳形成管的壁。數(shù)層碳具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性和被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。
[0007]在另一說明性實施例中，通信系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個裝置。網(wǎng)絡(luò)包含被配置為在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸光信號和電信號的石墨烯納米管。數(shù)個裝置被配置為使用光信號和電信號中的至少一個交換信息。
[0008]在另一說明性實施例中，提出了一種傳輸信號的方法。使用包含數(shù)層碳的管傳輸光信號和電信號中的至少一個，數(shù)層碳形成管的壁。數(shù)層碳具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性和被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。
[0009]根據(jù)本公開的一方面，提供了一種裝置，其包括包含數(shù)層碳的管，數(shù)層碳形成管的壁，其中數(shù)層碳具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性和被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。該裝置進一步包括被配置為覆蓋管的壁的外表面的絕緣護套。有利地，光信號在管中的通道內(nèi)傳播。有利地，電信號沿管的壁傳播。
[0010]進一步，碳層的數(shù)目是從一層到三層。有利地，數(shù)層碳是數(shù)層石墨烯。該裝置進一步包括其中管是碳納米管。有利地，其中管被配置為以光信號和電信號中的至少一個傳輸信息。
[0011]有利地，管被配置為使用光信號傳輸信息并且使用電信號傳輸電力。管和包含附加的數(shù)層碳的數(shù)個附加管形成通信鏈路。該裝置進一步包括覆蓋管和數(shù)個附加管的絕緣護套。
[0012]根據(jù)本公開的另一方面，提出了一種通信系統(tǒng)，其包括包含被配置為在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸光信號和電信號的石墨烯納米管的網(wǎng)絡(luò)，以及被配置為使用光信號和電信號中的至少一個交換信息的數(shù)個裝置。數(shù)個裝置的一部分經(jīng)由石墨烯納米管接收來自網(wǎng)絡(luò)的電力。有利地，石墨烯納米管包含一層石墨烯到三層石墨烯。
[0013]根據(jù)本公開的一方面，提出了一種用于傳輸信號的方法，其包括使用包含數(shù)層碳的管傳輸光信號和電信號中的至少一個，數(shù)層碳形成管的壁，其中數(shù)層碳具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性和被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。該方法進一步包括將信息編碼成光信號和電信號中的至少一個。
[0014]該方法進一步包括使用光信號和電信號中的至少一個向裝置供應(yīng)電力。有利地，電信號沿管的壁傳播。有利地，碳層的數(shù)目是從一層到三層。數(shù)層碳是數(shù)層石墨烯。
[0015]特征和功能可以在本公開的各種實施例中獨立地被實現(xiàn)，或者在其他實施例中被組合，參考以下的描述和附圖可以看到進一步細(xì)節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在隨附的權(quán)利要求中提出了被認(rèn)為表征了說明性實施例的新穎特征。然而，當(dāng)結(jié)合附圖閱讀通過參考本公開的說明性實施例的以下詳細(xì)描述，將更好地理解說明性實施例和使用的優(yōu)選模式、其進一步的目的和特征，其中:
[0017]圖1是根據(jù)說明性實施例的信息環(huán)境的框圖的圖示；
[0018]圖2是根據(jù)說明性實施例的通信鏈路的框圖的圖示；
[0019]圖3是根據(jù)說明性實施例的管的框圖的圖示；
[0020]圖4是根據(jù)說明性實施例的裝置的框圖的圖示；
[0021]圖5是根據(jù)說明性實施例的可以在通信線路中使用的一層碳的圖示；
[0022]圖6是根據(jù)說明性實施例的由一層石墨烯形成的管的圖示；
[0023]圖7是根據(jù)說明性實施例的納米管的一端的圖示；
[0024]圖8是根據(jù)說明性實施例的通信鏈路的圖示；
[0025]圖9是根據(jù)說明性實施例的通信鏈路的一端的圖示；
[0026]圖10是根據(jù)說明性實施例的可以被選擇以形成不同類型的納米管的多層碳的不同取向的圖示；
[0027]圖11是根據(jù)說明性實施例的多壁納米管的圖示；
[0028]圖12是根據(jù)說明性實施例的通過納米管相互連接的裝置的圖示；
[0029]圖13是根據(jù)說明性實施例的由霍爾效應(yīng)裝置供電的裝置的圖示；
[0030]圖14是根據(jù)說明性實施例的用于傳輸信號的過程的流程圖的圖示；
[0031]圖15是根據(jù)說明性實施例的用于傳輸信號的過程的流程圖的圖示；以及
[0032]圖16是根據(jù)說明性實施例的用于傳輸信號的過程的流程圖的圖示。

【具體實施方式】
[0033]說明性實施例認(rèn)識和考慮到一個或多個不同考慮因素。例如，說明性實施例認(rèn)識和考慮到碳納米管可以被用于替代光纖。這些碳納米管與光纖相比在直徑上細(xì)得多。例如，光纖可以具有從約0.25毫米到約0.5毫米的直徑。相反，納米管可以具有約I納米的直徑，盡管該直徑可能變化。換句話說，約0.5毫米厚的光纖比具有約I納米直徑的納米管粗約500，000倍。
[0034]說明性實施例認(rèn)識和考慮到，碳納米管可以被選擇為具有通過納米管中的通道傳播光信號的特性。以這種方式，使用碳納米管所形成的通信鏈路與光纖相比重量更輕并且占用空間更小。
[0035]進一步，說明性實施例還認(rèn)識和考慮到，通常通信系統(tǒng)內(nèi)的裝置可能使用不同類型的信號傳播。例如，說明性實施例認(rèn)識和考慮到，某些裝置可能使用光信號，而其他裝置可能使用電信號。因此，在其中實現(xiàn)通信鏈路的飛行器或者其他平臺可能使用電線和光纖兩者。在這些設(shè)計下，從光纖節(jié)省的一些重量和尺寸可能喪失。此外，這些通信系統(tǒng)的設(shè)計考慮到可能在通信系統(tǒng)內(nèi)使用的裝置。如果更換使用不同類型的信號傳播的裝置，則需要存在電線和光纖兩者。為增加靈活性而存在兩種類型的通信鏈路可能進一步使通信鏈路的尺寸和重量增加超出所期望的。
[0036]說明性實施例還認(rèn)識和考慮到，即使在使用光纖時，也可能需要額外的電線來向裝置提供電力，因為當(dāng)前所使用的光纖不能夠承載電力。光纜除了包括傳導(dǎo)電信號的光纖夕卜，還可以包括導(dǎo)電護套或者電線。這些電信號可以被用于信息和電力。然而，包括這些部件的光纖可以比所期望的更厚和更重。
[0037]因此，說明性實施例提供一種用于在信號通信鏈路內(nèi)傳輸不同類型的信號的方法和裝置。在這些說明性示例中，裝置包括包含形成壁的數(shù)層碳的管。數(shù)層碳具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性和被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。以這種方式，同一通信鏈路可以被用于傳輸兩種類型的信號。進一步，通信鏈路還可以被用于以光信號傳輸信息，同時以電信號為裝置傳輸電力。
[0038]現(xiàn)參考附圖，并且尤其參考附圖1，根據(jù)說明性實施例描繪了信息環(huán)境的框圖的圖示。在這個所描繪的示例中，信息環(huán)境100包括通信系統(tǒng)102。
[0039]通信系統(tǒng)102可以被用于傳輸信息103。該信息可以采用數(shù)種不同的形式。例如，信息103可以是圖像、數(shù)據(jù)、視頻、程序、命令、聲音以及其他類型的信息。
[0040]通信系統(tǒng)102可以與平臺104關(guān)聯(lián)。當(dāng)一個部件與另一個部件“關(guān)聯(lián)”時，該關(guān)聯(lián)在這些描繪的示例中是物理關(guān)聯(lián)。例如，第一部件即通信系統(tǒng)102可以被認(rèn)為是通過以下方式與第二部件即平臺104關(guān)聯(lián):被固定到該第二部件、接合到該第二部件、安裝到該第二部件、焊接到該第二部件、緊固到該第二部件和/或以某些其他適合的方式連接到該第二部件。第一部件還可以使用第三部件連接到第二部件。第一部件還可以被認(rèn)為是通過形成為第二部件的一部分和/或延伸而與第二部件關(guān)聯(lián)。
[0041]如在此所使用的，當(dāng)參考項目使用時，“數(shù)個”指一個或多個項目。例如，數(shù)個形式是一個或多個不同形式。作為另一示例，數(shù)層碳可以指單層碳。
[0042]在這些說明性示例中，平臺104可以采用數(shù)個不同形式。例如但不限于，平臺104可以是移動平臺、固定平臺、陸基結(jié)構(gòu)、水基結(jié)構(gòu)以及空間基結(jié)構(gòu)。更具體地，平臺104可以是水面艦艇、坦克、人員運輸車、火車、宇宙飛船、空間站、衛(wèi)星、潛水艇、汽車、發(fā)電廠、橋梁、大壩、制造廠、建筑、電話通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)以及海底光纜、高功率傳輸系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及其他適合平臺。
[0043]如所描繪的，通信系統(tǒng)102包括網(wǎng)絡(luò)106和裝置108。在這些說明性示例中，裝置108是硬件裝置。裝置108可以采用數(shù)種不同形式。例如，裝置108可以包括計算機、平板計算機、傳感器、執(zhí)行器、中繼器、開關(guān)、路由器、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點以及其他適合類型的裝置中的至少一種。
[0044]如在此所使用的，短語“至少一個(種)”在與一系列項目使用時，意思是可能使用所列項目中的一個或者多個的不同組合，并且可能僅需要列表中每個項目的一個。例如，“項目A、項目B以及項目C中的至少一個(種)”可以包括但不限于，項目A、或者項目A和項目B。這個示例也可以包括項目A、項目B和項目C、或者項目B和項目C。在其他示例中，“至少一個(種)”可以是例如但不限于，兩個項目A、一個項目B以及十個項目C ;四個項目B和七個項目C ;以及其他適合組合。
[0045]網(wǎng)絡(luò)106包含通信鏈路110。通信鏈路110在這些說明性示例中是硬件鏈路。通信鏈路110被配置為同時承載光信號112、電信號114、或者光信號112和電信號114兩者。裝置108可以使用光信號112、電信號114、或者光信號112和電信號114兩者操作。
[0046]在這些說明性示例中，信息103可以通過裝置108使用光信號112、電信號114或者二者進行交換。此外，在這些說明性示例中，電力118可以通過在通信系統(tǒng)102中的網(wǎng)絡(luò)106內(nèi)所傳輸?shù)碾娦盘?14被供應(yīng)到裝置108的一部分。也就是說，裝置108中的一個或多個可以接收來自網(wǎng)絡(luò)106的電力。在其他說明性示例中，電力118還可以通過光信號112被供應(yīng)。因此，可以使用光信號112和電信號114中的至少一個來供應(yīng)電力118。
[0047]現(xiàn)參考圖2，根據(jù)說明性實施例描繪了通信鏈路的框圖的圖示。在所描繪的示例中，通信鏈路200是圖1中通信鏈路110中的通信鏈路的示例。
[0048]如所描繪的，通信鏈路200包括數(shù)個管202。數(shù)個管202可以被配置為向圖1中的光信號112提供期望的折射率。數(shù)個管202可以是單個管。也就是說，當(dāng)數(shù)個管202包括多于一個的管時，除了該管外還可以存在數(shù)個附加的管。
[0049]數(shù)個管202中的每個管可以由數(shù)個護套204覆蓋。當(dāng)在數(shù)個管202中存在多于一個的管時，數(shù)個附加的管可以進一步由封套(cover) 206覆蓋。
[0050]如所描繪的，在數(shù)個護套204中的護套是絕緣護套。在這些說明性示例中，數(shù)個護套204可以為電信號提供絕緣。此外，數(shù)個護套204還可以被配置為向圖1中可以穿過數(shù)個管202中的壁的光信號112提供期望的折射率。進一步，數(shù)個護套204可以被配置為對以大于該折射率的入射穿過壁的散雜光子進行光吸收。
[0051]現(xiàn)參考圖3，根據(jù)說明性實施例描繪了管的框圖的圖示。在這個說明性示例中，管300是用于圖2中通信鏈路200的數(shù)個管202中的管的示例。
[0052]在這些說明性示例中，管300包含形成壁304的數(shù)層碳302。通道306延伸穿過管300。如所描繪的，數(shù)層碳302可以采用數(shù)層石墨烯308的形式。也就是說，管300可以是石墨烯管，并且更具體地，可以是石墨烯納米管。因此，網(wǎng)絡(luò)106可以包含用于在通信系統(tǒng)102中的數(shù)個裝置108之間交換電信號的石墨烯納米管。
[0053]數(shù)層碳302可以是例如一層、兩層、三層或者某些其他適合數(shù)目的層。也就是說，用于管300的數(shù)層碳302可以是單層碳。在某些說明性示例中，當(dāng)數(shù)層碳302包括多于一個的層時，管300除了包括該層碳外，還可以包括附加的數(shù)層碳。
[0054]在這些說明性示例中，形成管300的數(shù)層碳302具有數(shù)個光特性310和數(shù)個電特性312。數(shù)層碳302的數(shù)個光特性被配置為傳播光信號314。數(shù)層碳302的數(shù)個電特性312被配置為傳導(dǎo)電信號316。在這些說明性示例中，光信號314和電信號316兩者可以基本上同時行進通過管300。光信號314是圖1中光信號112中的光信號的示例。電信號316是圖1中電信號114中的電信號的示例。
[0055]數(shù)個光特性310可以包括折射率。例如，折射率可以高于或者低于空氣、真空或者通道306中的某些其他介質(zhì)的折射率，在這些介質(zhì)中，折射率允許管300內(nèi)的通道306用作光纖中的中空芯。也就是說，在某些說明性示例中，通道306可以包括光子傳播通過的材料。
[0056]折射率可以通過參數(shù)來控制，例如，納米管的密度。在一個說明性示例中，密度可以是該管的密度、給定體積內(nèi)的管的數(shù)目、或者兩者。折射率可以控制管相對彼此的相對對齊。
[0057]電阻率、阻抗、電容以及電導(dǎo)率是數(shù)個電特性312中的電特性的示例。在這些說明性示例中，期望較低的電阻率或者較高的電導(dǎo)率。具體地，電阻率被選擇為足夠低，從而以期望的方式傳導(dǎo)電子。
[0058]在這些說明性示例中，光信號314可以傳播通過管300內(nèi)的通道306。如所描繪的，光信號314可以具有各種波長。這些波長可以是針對可見光、紅外光、紫外光或者其他波長。例如，光信號314的波長可以從約10納米到約400微米。
[0059]電信號316可以沿著管300的壁304傳播。電信號316的傳播可以沿壁304的內(nèi)表面318、壁304的外表面320、或者兩者。
[0060]如所描繪的，管300被配置為以光信號314和電信號316中的至少一種傳輸信息322。此外，管300還被配置為使用光信號314和電信號316中的至少一種傳輸電力324。
[0061]在某些說明性示例中，數(shù)層碳302中的不同層可以具有多種取向。這些取向可以具有不同的角度，并且可以形成鋸齒型納米管、扶手椅型納米管以及手性納米管中的至少一種。數(shù)層碳302的這些不同類型的取向可以被選擇為修改管300的電特性、光特性和/或者化學(xué)特性。
[0062]進一步，附加的數(shù)層其他材料可以被添加到管300，以修改管300的電特性、光特性和/或化學(xué)特性。例如，可以添加一層或多層碳、石墨烯或者其他材料，從而形成絕緣性、生成電感、生成電容、修改折射率、保護管免受化學(xué)變化和/或為其他目的。
[0063]現(xiàn)參考圖4，根據(jù)說明性實施例描繪了裝置的框圖的圖示。在這個描繪的示例中，裝置400是圖1中裝置108內(nèi)的裝置的示例。
[0064]在這些說明性示例中，裝置400可以使用通過經(jīng)由管的連接的光信號和電信號中的至少一個來通信。如所描繪的，裝置400包括接收器402和發(fā)送器404中的至少一個。
[0065]接收器402和發(fā)送器404是硬件，并且可以包括軟件?？梢允褂秒娐穼崿F(xiàn)接收器402和發(fā)送器404。這些電路可以被配置為生成或者處理電信號、光信號、或者電信號和光信號兩者。例如，發(fā)送器404可以包括以電信號對信息進行編碼的編碼器。以類似的方式，接收器402可以包括從電信號獲取信息的解碼器。
[0066]在這個說明性示例中，接收器402與管406通信，而發(fā)送器404與管408通信。管406和管408可以是諸如圖3中的管300的管。特別地，在這些說明性示例中，管406和管408可以在同一通信鏈路中。例如，管406和管408可以是圖2中通信鏈路200內(nèi)的數(shù)個管202中的管。在其他說明性示例中，這兩個管可以在分開的通信鏈路中。
[0067]在這個說明性示例中，接收器402被配置為通過管406接收光信號410和電信號412。發(fā)送器404被配置為通過管408發(fā)送光信號414和電信號416。
[0068]在這些說明性示例中，光信號和電信號可以基本上同時被發(fā)送和/或接收。例如，光信號410和電信號412可以通過管406同時被接收。以類似的方式，光信號414和電信號416可以通過管408同時被發(fā)送。
[0069]在某些說明性示例中，電信號412可以被用于向裝置400內(nèi)的一個或多個電路提供電力。例如，電信號412可以被配置為向接收器402和發(fā)送器404中的至少一個以及一個或多個電路418提供電力。電路418可以采用各種形式。例如，電路418可以包括放大器、緩沖器、存儲器、處理器單元以及其他適合類型的電路中的至少一個。
[0070]在這些說明性示例中，可以使用光信號414和電信號416中的至少一個傳輸信息。當(dāng)光信號414和電信號416兩者均被用于傳輸信息時，這些信號可以通過管408同時被傳輸。
[0071]在某些說明性示例中，裝置400還可以包括電源420。電源420可以被用于使用電信號416發(fā)送電力。電源420可以采用多種形式。例如，電源420可以是從其他形式的能量生成電能的發(fā)電機。在其他說明性示例中，電源420可以控制電信號416的特性，例如，電壓、電流以及其他適合特性。例如，當(dāng)使用管408發(fā)送電信號416時，電源420可以將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，或者反之亦然。
[0072]在其他說明性示例中，裝置400中的電源420可以接收電信號412，并且向裝置400中的不同電路發(fā)送電信號412。
[0073]在其他說明性示例中，電源420可以被用于使用霍爾效應(yīng)間接地從電信號412汲取電力。除了使用電信號412中的電流向裝置400內(nèi)的電路提供電力外，裝置400還可以間接地從電信號412汲取電力。
[0074]例如，電源420可以包括磁場發(fā)電機422。在這些說明性示例中，磁場發(fā)電機422可以包括磁體、電磁體以及其他適合類型的裝置中的至少一個。
[0075]磁場發(fā)電機422被配置為當(dāng)接收到電信號412時，在管406的第一側(cè)和第二側(cè)之間生成電壓差。電路(例如，接收器402、發(fā)送器404或者電路418中的某些其他電路)可以被配置為使用該電壓差進行操作。以這種方式，裝置400可以間接地從電信號412汲取電力。當(dāng)然，電信號412還可以直接被用于為裝置400汲取電力。電信號412可以具有由裝置400內(nèi)的電路使用的電流。
[0076]此外，當(dāng)發(fā)送器404發(fā)送電信號416時，磁場發(fā)電機422還可以與管408 —起使用。在這種配置中，在管408的第一側(cè)和第二側(cè)之間存在電壓差。該電壓差還可以被用于為裝置400中的不同電路供電，例如，接收器402、發(fā)送器404以及電路418中的至少一個。
[0077]圖1-4中的信息環(huán)境100以及信息環(huán)境100中的不同部件的圖示并非意味著暗示對說明性實施例可以被實現(xiàn)的方式進行物理或者結(jié)構(gòu)限制?？梢允褂贸怂静考獾钠渌考?，或者替代所示部件。某些部件可能是非必需的。而且，呈現(xiàn)方框是為了說明某些功能部件。當(dāng)在說明性實施例中被實現(xiàn)時，這些方框中的一個或多個可以被組合、被劃分、或者被組合和劃分成不同的方框。
[0078]例如，信息環(huán)境100還可以包括包含電線和光纖的通信鏈路。進一步，在某些說明性示例中，通信鏈路110可以包括無線通信鏈路。
[0079]進一步，在其他說明性示例中，通信系統(tǒng)102可以跨過比平臺104更多的位置。例如，通信系統(tǒng)102可以是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)或者某些其他適合類型的通信系統(tǒng)。進一步，在其他說明性示例中，通信系統(tǒng)102可以是具有固有的光通信信令的高壓輸電線路。
[0080]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖5，根據(jù)說明性實施例描繪了可以在通信鏈路中使用的一層碳的圖示。在這個描繪的示例中，碳層500是可以被用于形成諸如圖3中以方框形式所示的管300的管的一層碳的示例。
[0081]在這個說明性示例中，碳層500采用石墨烯層502的形式。石墨烯是碳的同素異形體。如所描繪的，石墨烯層502采用由碳原子形成的蜂巢晶格的形式。
[0082]在這些說明性示例中，石墨烯層502提供期望的電特性，用于傳導(dǎo)電信號。例如，石墨烯層502在室溫下具有期望水平的電子迀移率。例如，該迀移率可以是約15, 000cm2v-ls-l或者更大。石墨稀層502的電阻率在室溫下可以約為10_6ohms/cm。
[0083]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖6，根據(jù)說明性實施例描繪了由一層石墨烯所形成的管的圖示。在這個說明性示例中，來自圖5的石墨烯層502是管600的形狀。在這個說明性示例中，管600采用納米管602的形式。納米管602具有端部604和端部606。通道608從納米管602的端部604延伸到端部606。
[0084]納米管602具有直徑610。直徑610可以是例如約0.4納米到約40納米。然而，直徑610可以是任何直徑，這取決于實施方式。例如，直徑610可以大于40納米。在其他說明性示例中，直徑610可以比納米結(jié)構(gòu)的通常值大。
[0085]在這些說明性示例中，納米管602具有長度612。長度612可以變化。例如，長度612可以是約18.5厘米。然而，石墨烯是已知的最強材料之一，并且長度612可以是能夠被制造的任何長度。因此，長度612也可以大于約18.5厘米。例如，長度612甚至可以是約I米、約I千米或者某些其他適合的長度。
[0086]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖7，根據(jù)說明性實施例描繪了納米管的一端的圖示。在這個描繪的示例中，描繪了納米管602的端部606。在這個說明性示例中，納米管602的壁700具有內(nèi)表面702和外表面704。
[0087]如所描繪的，光信號的光子706可以傳播通過通道608。當(dāng)光子706傳播通過通道608時，光子706可以從壁700的內(nèi)表面702反射。如所描繪的，光子706的波長可以影響納米管602的折射率。
[0088]在這些說明性示例中，只要光子行進所沿著的向量與壁700的內(nèi)表面702之間的角度不大于約20度，光子706就可以繼續(xù)從壁700的內(nèi)表面702反射。如果角度大于約20度，則光子可以穿過壁700。此外，光子708可以沿著壁700的內(nèi)表面702、壁700的外表面704傳導(dǎo)，或者沿著納米管602的壁700的內(nèi)表面702和外表面704傳導(dǎo)。
[0089]取決于納米管602的長度，多個納米管可以相互對齊、接合或者以其他方式相互連接，從而形成用于通信鏈路的更長結(jié)構(gòu)。也就是說，納米管的一端可以連接到另一納米管的一端，使得兩個納米管中的通道相互連通/通信。
[0090]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖8，根據(jù)說明性實施例描繪了通信鏈路的圖示。在描繪的示例中，通信鏈路800具有端部802和端部804。通信鏈路800包含納米管806、808、810、812、814、816以及818。這些納米管可以是諸如圖6-7中所示的納米管602的納米管。
[0091]在這個說明性示例中，護套820、822、824、826、828、829以及830分別覆蓋納米管806、808、810、812、814、816以及818。因此，這些納米管可以獨立地被絕緣，使得多個電信號可以通過通信鏈路800傳輸。
[0092]如果不同的納米管不是獨立地被絕緣，則納米管可以承載同一電信號，但是電阻降低、電子流更多并且功率更高。進一步，當(dāng)納米管不是獨立地被絕緣時，不同的光信號仍然可以通過不同納米管的通道傳播。
[0093]此外，通信鏈路800還可以包括封套832。封套832可以是保護性封套，并且取決于特定的實施方式，還可以提供絕緣特性。
[0094]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖9，根據(jù)說明性實施例描繪了通信鏈路的一端的圖示。在這個說明性示例中，示出了通信鏈路800的端部802。
[0095]現(xiàn)參考圖10，根據(jù)說明性實施例描繪了可以被選擇以形成不同類型的納米管的多層碳的不同取向的圖示。在這個說明性示例中，片材1000是碳片材。碳原子在該片材中的布置是石墨烯的形式。
[0096]如所描繪的，層1002可以由片材1000的一部分形成。層1002是形成圖3中的管300的數(shù)層碳302中的一層的示例。
[0097]層1004也可以由片材1000形成。在這個說明性示例中，層1004可以被形成為形成鋸齒型納米管的管。
[0098]作為另一示例，層1006是可以由片材1000形成的另一層。層1006具有可以被用于形成扶手椅型納米管的取向。當(dāng)然，取決于特定的實施方式，可以選擇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]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖11，根據(jù)說明性實施例描繪了多壁納米管的圖示。在這個說明性示例中，納米管1100可以包含多層碳1102。這些不同層的碳形成了壁1104。具體地，層1100包括層1106、層1108以及層1110。這些層形成管1100的壁1112、壁1114以及壁1116。
[0100]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖12，根據(jù)說明性實施例描繪了通過納米管相互連接的裝置的圖示。在這個描繪的示例中，裝置1200和裝置1202可以經(jīng)由通信鏈路1204和通信鏈路1206相互通信。通信鏈路1204和通信鏈路1206由納米管1207形成。
[0101]如所描繪的，通信鏈路1204 包括管 1208、1210、1212、1214、1216、1218 以及 1220。通信鏈路 1206 包括納米管 1222、1224、1226、1228、1230、1232 以及 1234。
[0102]如所描繪的，裝置1200包括發(fā)送器1240、接收器1242以及電源1244。裝置1202包括發(fā)送器1246、接收器1248以及電源1245。
[0103]發(fā)送器1240和發(fā)送器1246可以被配置為發(fā)送光信號、電信號、或者光信號和電信號兩者。這些發(fā)送器可以包括光發(fā)射器，例如，發(fā)光二極管、激光以及生成光信號的其他適合光器件。發(fā)送器還可以包括被配置為生成電信號的電路。
[0104]發(fā)送器中的這些電路可以包括，例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、語音通信電路、視頻通信電路、信令電路、多路復(fù)用器/解復(fù)用器電路、射頻電路、控制電路、傳感器、磁電感應(yīng)器、太陽能電池板、電源變換電路、直流電路、交流電路以及其他適合電路。
[0105]接收器1242和接收器1248被配置為接收光信號、電信號、或者光信號和電信號兩者。這些接收器可以包括光電二極管、電荷耦合器件、光倍增器以及其他適合的光信號檢測器。接收器還可以包括被配置為接收電信號的電路。
[0106]接收器中的這些電路可以包括，例如，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、語音通信電路、視頻通信電路、信令電路、多路復(fù)用器/解復(fù)用器電路、射頻電路、控制電路、傳感器接收器電路、電磁感應(yīng)器、熱發(fā)生器、電源變換電路、直流負(fù)載、交流負(fù)載以及任何其他適合電路。
[0107]電源1244被配置為生成可以被用于對電路供電的電信號。電源1244可以是例如直流電源、交流電源或者某些其他適合類型的電源裝置。
[0108]電源1245被配置為接收由電源1244生成的電力。電源1245包括被用于將電信號分配到裝置1202內(nèi)的電路的電路。
[0109]當(dāng)然，電源1245還可以用于生成被用于向裝置1202外部的電路供電的電信號。此夕卜，電源1244還可以被配置為接收由電源1245生成的電信號，并且將這些電信號分配到裝置1200內(nèi)的電路。
[0110]在這個說明性示例中，發(fā)送器1240可以將光子發(fā)送到通信鏈路1204中的一個或多個納米管。這些光子可以由裝置1202中的接收器1248使用通信鏈路1204中的一個或多個納米管1207來接收。
[0111]以類似的方式，發(fā)送器1204還可以通過通信鏈路1204中的一個或多個納米管1207發(fā)送電信號。這些電信號可以由接收器1200接收。在某些說明性示例中，通過通信鏈路1204中的一個或多個納米管1207發(fā)送的電信號可以被用于向裝置1202中的一個或多個電路供電。例如，電信號可以被用于向接收器1248、發(fā)送器1246或者這兩個電路中的電路供電。在這個說明性示例中，電源1244可以生成電信號，這些電信號通過通信鏈路1204中的一個或多個管1207發(fā)送到接收器1248。
[0112]現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖13，根據(jù)說明性實施例描繪了由霍爾效應(yīng)裝置供電的裝置的圖示。在這個說明性示例中，發(fā)送器1300和接收器1302可以使用通信鏈路1304互相通信。
[0113]發(fā)送器1300是圖4中發(fā)送器404的實施方式的示例。接收器1302是圖4中接收器402的實施方式的示例。
[0114]在這個說明性示例中，發(fā)送器1300包括放大器1306和光發(fā)射器1308。放大器1306被配置為放大輸入信號，以便傳輸?shù)浇邮掌?302。在這些說明性示例中，這些輸入信號是電信號。光發(fā)射器1308被配置為響應(yīng)于接收到來自放大器1306的輸入信號，通過通信鏈路1304中的管1310發(fā)送光信號。
[0115]接收器1302被配置為接收光信號。接收器1302包括光檢測器1312、解碼器1314以及緩沖器1316。
[0116]在這個說明性示例中，電流源1318連接到管1310，并且被配置為通過管1310發(fā)送電信號1320。在這些說明性示例中，電信號1320具有一電流水平。
[0117]進一步，磁場發(fā)電機1322可以被用于為發(fā)送器1300內(nèi)的電路生成電力。磁場發(fā)電機1334產(chǎn)生磁場。
[0118]在這個說明性示例中，當(dāng)電信號1320行進通過管1310時，由磁場發(fā)電機1322生成的磁場可以使電壓差1324產(chǎn)生。該磁場被施加到電信號1320。
[0119]電壓差1324是管1310的側(cè)部1326和側(cè)部1328之間的電壓差。這個電壓差可以延伸到通信鏈路1304的側(cè)部1330和側(cè)部1332。自側(cè)部1330和側(cè)部1332的連接可以連接到放大器1306，從而給放大器1306和光發(fā)射器1308提供電力。
[0120]以類似的方式，磁場發(fā)電機1334可以被配置成為接收器1302內(nèi)的電路生成電力。磁場發(fā)電機1334生成磁場。當(dāng)電信號1320穿過管1310時，磁場可以使電壓差1324產(chǎn)生。磁場被施加到電信號1320。
[0121]這個電壓差可以被用于向接收器1302提供電力。在這個說明性示例中，光檢測器1312、解碼器1314以及其他電子設(shè)備1316連接到管1310的側(cè)部1330和側(cè)部1332。
[0122]圖5-13中的碳層、納米管、通信鏈路以及裝置的圖示并非意味著暗示對說明性實施例可以被實現(xiàn)的方式進行物理或者結(jié)構(gòu)限制。例如，在某些說明性示例中，通信鏈路800、通信鏈路1304、或者通信鏈路800和通信鏈路1304兩者可以由單個納米管而不是多個納米管組成。
[0123]在其他說明性示例中，除了石墨烯502層外，納米管602中可以存在附加層。例如，在形成納米管602時可以存在一個或多個石墨烯層。
[0124]圖5-13可以與圖1-4中的部件組合、與圖1_4中的部件一起使用或者二者的組合。此外，圖5-13中的某些部件可以是圖1-4中以方框形式所示的部件如何能夠被實現(xiàn)為物理結(jié)構(gòu)的說明性示例。
[0125]現(xiàn)參考圖14，根據(jù)說明性實施例描繪了用于傳輸信號的過程的流程圖的示圖。圖14中所示的過程可以被實現(xiàn)在圖1中的信息環(huán)境100中。特別地，該過程可以被實現(xiàn)在使用諸如圖3中管300的管所形成的通信鏈路110中。
[0126]該過程開始于第一裝置將信息編碼成光信號和電信號中的至少一個(操作1400)。第一裝置可以是圖1中裝置108中的裝置。
[0127]該過程接著使用包含數(shù)層碳的管傳輸光信號和電信號中的至少一個(操作1402)。該管具有被配置為傳播光信號的數(shù)個光特性和被配置為傳導(dǎo)電信號的數(shù)個電特性。
[0128]由第二裝置接收并處理光信號、電信號或者二者(操作1404)，此后該過程結(jié)束。在操作1404中，第二裝置可以解碼或者使用以光信號和電信號中的至少一個編碼的信息。在其他說明性示例中，第二裝置可以放大光信號和電信號中的至少一個，并且將這些信號重新傳輸?shù)接忠谎b置。也就是說，第二裝置可以操作為中繼器或者放大器。進一步，該中繼器或者放大器可以是純電的、純光的或者使用光-電或者電-光轉(zhuǎn)換。
[0129]在其他說明性示例中，第一裝置可以傳輸電信號作為電力信號。第二裝置可以接收和使用電信號作為電源，用于第二裝置內(nèi)的不同電路。
[0130]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖15，根據(jù)說明性實施例描繪了用于傳輸信號的過程的流程圖的圖示。圖15中所示的過程可以被實現(xiàn)在信息環(huán)境中，例如，圖1中的信息環(huán)境100。特別地，使用圖4中的裝置400可以實現(xiàn)該過程。更具體地，可以使用裝置400中的發(fā)送器404實現(xiàn)該過程。
[0131]該過程開始于將納米管連接到裝置中的發(fā)送器(操作1500)。該過程接著使用納米管發(fā)送數(shù)個信號(操作1502)，此后該過程結(jié)束。在這個說明性示例中，操作1500可以包括傳輸光信號和電信號中的至少一個。在這些說明性示例中，可以使用納米管同時傳輸光信號和電信號。
[0132]現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖16，根據(jù)說明性實施例描繪了用于傳輸信號的過程的流程圖的示圖。圖16所示的過程可以被實現(xiàn)在信息環(huán)境中，例如，圖1中的信息環(huán)境100。特別地，可以使用圖4中的裝置400實現(xiàn)該過程。更具體地，可以使用裝置400中的接收器402來實現(xiàn)。
[0133]該過程開始于將納米管連接到裝置中的接收器(操作1600)。該過程接著使用納米管接收數(shù)個信號(操作1602)，此后該過程結(jié)束。在這個說明性示例中，操作1600可以包括傳輸光信號和電信號中的至少一個。在這些說明性示例中，可以使用納米管同時傳輸光信號和電信號。
[0134]在所描繪的不同實施例中的流程圖和框圖示出了在說明性實施例中的裝置和方法的某些可能實施方式的結(jié)構(gòu)、功能以及操作。在這方面，在流程圖或者框圖中的每個方框可以代表模塊、段、功能、和/或操作或步驟的一部分。例如，一個或多個方框可以被實現(xiàn)為程序代碼、硬件、或者程序代碼和硬件的組合。當(dāng)以硬件實現(xiàn)時，硬件可以例如采用集成電路的形式，這些集成電路被制造或者被配置為執(zhí)行流程圖或者框圖中的一個或多個操作。
[0135]在說明性實施例的某些替代實施方式中，方框中指出的一個功能或者多個功能可以不以圖中所示的順序發(fā)生。例如，在某些情況下，連續(xù)示出的兩個方框可以基本上同時被執(zhí)行，或者這些方框有時可以以相反的順序執(zhí)行，這取決于所涉及的功能。同樣，除了流程圖或者框圖中所示的方框外，還可以添加其他方框。
[0136]例如，當(dāng)裝置包括收發(fā)器時，圖15和圖16中的操作可以被組合。收發(fā)器可以發(fā)送信號并同時接收信號。
[0137]因此，說明性實施例提供了用于傳輸光信號和電信號的方法和裝置。這些信號可以同時通過通信鏈路中的同一管被傳輸。說明性示例使用由數(shù)層碳形成的管，在其中數(shù)層碳的結(jié)構(gòu)被選擇為具有用于傳播光子的光特性和用于傳導(dǎo)電子的電特性。
[0138]如上面所描繪的，這些管可以是納米管，并且數(shù)層碳可以是數(shù)層石墨烯。通過在通信鏈路中使用納米管，通信鏈路的尺寸和重量可以被減小。因此，與當(dāng)前使用的光通信鏈路和電線鏈路相比，傳輸信息和電力的通信系統(tǒng)的尺寸和重量可以被減小。與使用金屬電線和/或光纖相比，尺寸和重量的這個減小可以增加滿足飛行器或者其他平臺中的尺寸、重量、電力以及其他約束的容易性。
[0139]進一步，在一區(qū)域中納米管的數(shù)目以及對于電子來說表面區(qū)域“趨膚效應(yīng)”增加將極大地降低電導(dǎo)率，并且極大地增加能夠被傳遞的電力。類似地，納米管數(shù)目的增加將極大地增加單獨的光傳輸介質(zhì)的數(shù)目，并且因此極大地增加介質(zhì)的帶寬。
[0140]此外，說明性實施例還提供被配置為使用管進行通信的裝置。這些裝置可以使用光信號和電信號中的至少一個進行通信。在說明性示例中，這些信號可以編碼信息。進一步，在某些說明性示例中，電信號還可以被用于向不同裝置中的電路提供電力。
[0141]呈現(xiàn)不同說明性實施例的描述是為了說明和描述的目的，并無意窮盡或者對以公開的形式的實施例進行限制。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，許多修改和改變將是明顯的。
[0142]例如，雖然某些說明性示例示出使用電信號來供應(yīng)電力，但是光信號也可以被用于供應(yīng)電力。當(dāng)光信號被用于供應(yīng)電力時，電路和其他裝置可以被包括以生成光信號，這些光信號被配置為用于給裝置和電路以及可被包括以接收和使用光能以便供電的裝置供電。
[0143]進一步，與其他期望的實施例相比，不同的說明性實施例可以提供不同的特征。選擇并描述了選定的一個或者多個實施例是為了更好地解釋實施例的原理、實際應(yīng)用并且使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解具有適合所考慮的特定用途的各種修改的各種實施例的公開。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，其包括: 包含數(shù)層碳(302)的管(300)，所述數(shù)層碳形成所述管(300)的壁(304)，其中所述數(shù)層碳(302)具有被配置為傳播光信號(314)的數(shù)個光特性(310)和被配置為傳導(dǎo)電信號(316)的數(shù)個電特性(312)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 被配置為覆蓋所述管(300)的所述壁(304)的外表面(320)的絕緣護套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光信號(314)在所述管(300)中的通道(306)內(nèi)傳播。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電信號(316)沿所述管(300)的所述壁(304)傳播。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中碳層(302)的數(shù)目是從一層到三層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述數(shù)層碳(302)是數(shù)層石墨烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述管(300)是碳納米管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述管(300)被配置為以所述光信號(314)和所述電信號(316)中的至少一個傳輸信息(322)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述管(300)被配置為使用所述光信號(314)傳輸信息(322)，并且使用所述電信號(316)傳輸電力(118)。
10.一種用于傳輸信號的方法，其包括: 使用包含數(shù)層碳(302)的管(300)傳輸光信號(314)和電信號(316)中的至少一個，所述數(shù)層碳形成所述管(300)的壁(304)，其中所述數(shù)層碳(302)具有被配置為傳播所述光信號(314)的數(shù)個光特性(310)和被配置為傳導(dǎo)所述電信號(316)的數(shù)個電特性(312)。
11.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括: 將信息(322)編碼成所述光信號(314)和所述電信號(316)中的所述至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括使用所述光信號(314)和所述電信號(316)中的至少一個向裝置(400)供應(yīng)電力(118)。
13.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述電信號(316)沿所述管(300)的所述壁(304)傳播。
14.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中碳層(302)的數(shù)目是從一層到三層。
15.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述數(shù)層碳(302)是數(shù)層石墨烯(308)。
【文檔編號】B82Y10/00GK104471452SQ201380027579
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月29日
【發(fā)明者】W·R·豪, J·H·漢特, A·W·李 申請人:波音公司