CN1058500A - 由传输信号放大器组成的光导纤维通讯线路及用于所说线路的放大器 - Google Patents

Abstract

本发明的光导纤维通讯传输线，由传输信号的活 性芯光导纤维放大器(6，7，8和9)组成；.两个受激 辐射激光源(19和20)连接到存在于传输线的放大 器中的每个活性芯光导纤维，一个对应于一个单一的 活性芯光导纤维的一端。激光源中，第一个(19)投入 使用，第二个(20)作为储备在第一个有故障时用。两 个受激辐射激光源中，连接到一微处理器电路(29)， 可迫使二个激光源，将有关放大器工作状态的警告信 号送入传输线中的终端(10，11)，并接收来自终端站 的控制信号，来改变两个受激辐射激光源间的功能转 换。

Description

本发明涉及一光导纤维通讯传输线，如：海底光缆传输内线由传输光学信号放大器构成，在该种放大器中利用活性芯光导纤维部分起信号放大作用。

本发明还涉及用于光导纤维通讯传输线例如海底光缆或类似线路的光学信号放大器，在该线路中放大器的位置不易接近，该放大器使用了活性芯光导纤维部分。

众所周知，所说的被叫做“活性芯”的光导纤维，是由“包层”中至少“一条芯”构成的，在那里有涂层材料它除了使得“芯”的光反射率高于“包层”的反射率以外，当受到具有一波长λ2（与λ1不同）的辐射轰击时还变成用于传播的具有一波长λ₁的光辐射源。λ₂根据所用特殊的涂层材料而不同。

具有这样特性的涂层材料是铒和钕。

特别是，当光导纤维中传播一波长为λ₂的光波时，使得在活性芯光导纤维中产生一波长为λ₁的光辐射的发射，通常叫做受激光辐射。

这就解释了通过被叫作活性芯光导纤维而产生的放大信号的现象，它被简述如上。

在光导纤维通讯海底光缆中，带有活性芯光导纤维的放大器的使用，将替代传输信号的光电转发器用以大大提高可靠性。与之比较后者由于其低溶量电子器件而可靠性差。

事实上众所周知，在光电转发器中的电子器件是非常重要的并要工作在很高效率。

这是因为，在光电转发器中，高频调制的输入光信号必要地转换成高频电信号，此电信号经高频放大，并由此放大的电信号仍以高频再次转换为放大光信号，在转发器输出端传出。

由于这些高频电子元件的故障必然导致传输线工作的中断，随着时间的推移，已给证明恰恰是它的很不可靠。

这一弊端，在应用中，特别是应用在光导纤维通讯海底光缆中，虽然是很危险的。另外，接近转发器进行维修是很困难的，而重新使转发器投入运行又需要很长时间。

不象光电转发器，已知的带有活性芯光导纤维的放大器，不包含高频电子元件，而活性芯光导纤维这个唯一精密组件，它的构成是通常由激光器、激光二极管或类似激光器组成的受激辐射源。

尽管由活性芯光导纤维放大器构成的光导纤维通讯光缆比光电转发，在减少失效的可能性方面具有更好的可靠性，但是，它们不能传输至终端，在海底光缆到陆地端的场合，在这种出现的危险信号的情况下，在故障的情况下，沿着线路不能特别地查出这些危险和故障。

由于上述原因，在光导纤维通讯光缆中，不仅在光缆，而且在转发器中或放大器中提供多个备用光学通道是很重要的。当不使用工作光通道时，这些通道在运行中相互独立安置，显然，这就构成了相当大的复杂性，并且明显降低了该光导纤维通讯光缆的工作效率。

本发明的目标是改善光导纤维通讯光缆的工作可靠性和工作效率。该光缆中由传输信号的放大器构成。传输信号使得通过光缆中任何一个放大器及光缆光导纤维的高效状态的光学信号从终端站得到控制，用以将所有光学通路保持在最佳状态，这种改善为了减少备用光学通道的数目，使得在放大器内部失败时，能进行调整以便使光学通道重新运行，以及从陆地端迅速查明线路中故障的位置并减少调整时间。

本发明的目的是在一个光导纤维通讯光缆中，该光缆的组成至少是串联安置的一个第一和一个第二光导纤维光缆，它们被用一个传输信号的放大器联在一起，所说的放大器装在一坚固的壳体内，壳体与光导纤维缆线的外端连接。其组成为至少一段活性芯充导纤维部分，其二端采用光学连接，一端与第一光缆的一个光导纤维连接，而另一端与第二光缆的一个光导纤维相连。一个第一受激辐射源，它被连接到活性芯光导纤维段的两端之一，所说的传输线的特征是至少其二端之一提供一用于信号传输的光辐射的低步之调制器，其特征还在于放大器中含有一个第二受激光辐射流，它被连接到活性芯光导纤维段的另一端上，一个微处理电路它被连接在活性芯光导纤维段的两段，监测活性芯光导纤维段内受激辐射的强度变化，并将此变化的函数信号传输到受激辐射源的至少一个低频调制器的控制电路上，一个在第一和第二受激辐射源之间的工作转换器。

本发明的另一目的是，一个用于光导纤维通讯传输线的放大器，它装在一坚固的封壳内，该壳被连接到第一和第二光导纤维光缆终端，放大器的组成为至少一段活性芯光导纤维，其二端光学连接到第一光缆的一个光学纤维上，第二光缆的一个光学纤维上。一个第一受激辐射源，它被连接到活性芯光导纤维的二端之一，所说的放大器其特征为由一个第二受激辐射源组成该辐射源被连接到活性芯光导纤维段的另一终端上，一个微处理电路其被连接在活性芯光导纤维段的两段，监测活性芯光导纤维段中受激辐射的强度变化，并将是此变化的函数的信号传输到该受激辐射源的至少一个低频调制器的控制电路上及第一和第二受激辐射源之间的转换器上。

参考下面的附图，以不限定的例子，对本发明进行详细介绍，这样将会得到本发明的更好的理解。

图1-本发明远程光导纤维通讯海度光缆线路示意图。

图2-本发明远程光导纤维通讯海底光缆线路放大器单元示意图。

图3-图2放大器的一个部件。

图4-放大器单元详细具体回路示意图。

图5-构成放大器受激辐射激光器详细具体示意图。

图6-图5放大器单元的另一具体示意图。

图7-放大器另外单元框图。

图1所示的为本发明光导纤维通讯光缆线路的具体组成;它由多段海底光导纤维光缆1，2，3，4和5依次排布，一头一尾地与放大器6，7，8和9相连，放大器沿线路对传输信号进行放大。

线路两端，一端接有一传送-接收站10，另一端接有一接收-传送站11。

光导纤维海底光缆为所有常规类型，并配有适当的铠装机械防护，用以抵抗埋设和修复光缆时承受的机械拉力。缆芯包括至少一条严密封套的光导纤维和传输信号放大器的供电导体。

如1，2，3，4和5的光导纤维光缆，用以相同或各自不同，可以为任何常规类型，这里没有给出它们的结构说明。

作为都知道的海底光导纤维光缆实例，并非考虑本发明的范围限制，这些实例的描述在意大利专利申请号为20  620A/80及申请号为20  62/A/84中，由同一申请者提出。这些专利的说明书可作为了解本专利的参考资料。

前面所说的海底光缆1和2通过放大器6相互连接起来，光缆2和3通过放大器7相互连接起来，光缆3和4通过放大器8相互连接起来，而光缆4和5通过放大器9相互连接起来。

图2为一个放大器的示意图，例如放大器6，置于并连接在两个光导纤维海底光缆，假定说是光缆1和2。

放大器6有一严密封壳12，其中包含的装置15将在下文中介绍，通过放大器，来自光缆的光学信号被放大，传输放大后的信号到光缆2上。放大装置的工作状态信号，光导纤维13和14工作状态的控制信号及由10和/或11站发出对放大装置干涉作用的控制信号的结果，传输通告任一10或11站。

封壳12的进一步用途是机械防护，用于抵抗放大器放置位置壳体所经受的静水压力及用于抵抗埋设和修复光缆时，光缆承受的机械拉力。

然而，由于放大器6的机械防护结构不能与严密封壳11相重叠叠，上述介绍的理解受到限制。

此外，严密封壳12通常以严密方式分别与面间放大器6的光缆1和2端头及光缆1和2中所有光导纤维13和14相连，填满放大器封壳12。

为表示明确起见，图2只表示了光缆1中的一条光导纤维13和光缆2中的一条光导纤维14，它们通过装置15相互连通，来自光缆1中光导纤维13的信号，在传输过程中不可避免地受到衰减，经过装置15放大后，再发送到光缆2中的光导纤维14中。

所述的装置15，连接所有光缆1中的光导纤维到光缆2中相应的光导纤维上。

现在介绍装置15，所述的装置15用于实现光信号的放大、控制和通告终端站10和11之一（如11站）。关于放大器工作状态态，及光缆终端站10和11发出控制信号在放大器装置上产生的影响。

装置15都含有一段知道其类型的活性芯光导纤维16，这在前文已做过简单地介绍。

在活性芯光导纤维16的两端，各有一光学耦合器17和光学耦合器18，光导纤维13与光学耦合器17相连，而光导纤维14与光学耦合器18连接。

此外，光学耦合器17与一受激辐射源，例一激光器或激光管19相连，下文将结合图5详细提供其自身电子线路的介绍。而光学耦合器18与另一受激辐射源相连，其带有自身电子线路的激光器或激光管与激光器19相同。

耦合器17和18是完全相同的，尤其是它的四端分光耦合器，图3表示了一个所述的典型耦合器。

如图3所示，实际耦合器17的典型结构为两光导纤维21和22紧密熔在一起，相对于中心附有包层部分，23和24（对于光导纤维段21），25和26（对于光导纤维段2）各自分开。

具体地，耦合器17的23和24端分别连接到光导纤维13上和活性芯光导纤维段6上，而25端与激光器19相连，同时26端与光电二极管27连接。

同样，耦合器18与17完全相似，也是连接到光电二极管28上，通过光导纤维的长度，另一端与激光器20相连。

上述分光耦合器17和18，只是一个例子，其它类型知道性能的分光耦合器同样可以用于工程领域。例如;叫做“微光耦合器”，平面光学耦合器及类似耦合器。

另外，耦合器17和18与光电二极管27和28分别光学连接，图4较好地表示了这一连接，而在下文还要说明。

光电二极管27和28与微处理器电路29相连（下文结合图7讨论），与此电路相联系的连接激光器19和20的电路，也要在下面结合图5说明。

图4示意的是与相应放大器27′相连的充电二极管27，当激光器19工作，27′发出的Vc信号直接送到微处理电路29，信号强度代表受激辐射通过分光耦合器26端输出光强度。

与光电二极管28，与光电二极管是完全类似，28也包含自身放大器，当激光器20工作时，放大器直接向微处理器电路29发送一Ve′信号。

如上文所述，每一激光器19，20各自与一电相联系。

图5表示了与激光器19相联系的电路（同样，与激光器20相联系的电路也由此图表示）。

如图5所示，实际激光器19′与分光耦合器17通过一光导纤维19″和25端连接，而与放大器31相联系的光电二极管30的连接是通过一光导纤维19″′来实现的。

放大器31发出的Va信号，信号的量值与激光器19′发出的辐射强度成正比，Va信号同时送到微处理器电路29和比较器32。在比较器32中Va信号与基准参考源33的基准信号进行比较。

比较器32输出的比较信号Vbias，同时传送给微处理器电路29以及一变光发生器的控制电路，提供激光器19的输入。

变光发生器与激光器19的连接是通过扦入转发器35实现的，转发器状态由微处理器电路29发出的Inb信号设置。

另外，转发器35与放大器36相连，输出信号Vc，Vb信号送到微处理器电路29，此信号是当激光器19不作为激光器工作而是作为光电二极管工作时发出的。

此外，一个预置低频调制器37（及更好是使用两个不同低频的调制器37和37′），通过转发器35与变光发生器34相连;所述的预置低频调制器37连接一转发器38，转发器38受控于微处理器电路29输出的Ina及Ind信号。如前文所述，激光器20相连的电路与激光器19的电路是相同的。不再描述。

而且，前文所述的与激光器19相联系的信号和激光器20相联系的相应信号相同，在下面的介绍中，相同信号将采用与激光器19电路所用的符号相同，不再强调。

图6所示的为一图5电路的具体替代电路，在图5电路激光器19完全停止运行，既不能按受激辐射源，也不能作为光电二极管工作时出现危险时，由图6所示电路替代图5所述的电路。

图6所示的替代电路，实际上只比图5所示电路多了一个转换器19″，转换器19″，受控于微处理器电路29的输出信号Ine。光学转换器19″扦入在光导纤维19″中间，并通过光电二极管19^2V与放大器36相连。

图7为微处理器电路29的典型框图。

如图7所示，微处理器电路包含一多通路接口39，用于接收来自激光器19电路的Vbias，Ua，Vb信号，来自激光器20电路的信号为V_bias，Va′、Vb′，以及来自光电二极管27的Vc信号和来自光电二极管28的Ve′信号（见图2）。

多通道接口39向下，通过一模-数转换器40连接到一带有程序电路（在ROM内）42的微处理器（CPU）41。所说的程序电路（在ROM内）42控制微处理器运行，使之发出Ina、Inb、Inc信号，以及产生Ind信号驱动激光器19的电路，并发出In′a、In′b、In′c及产生In′d信号，驱动激光器20的电路。

另外，本发明光缆（如图1）至少有10和11两个站之一的电路用于监测运行光缆由放大器6，7，8和9发出的信号，而另一电路向光缆发出控制放大器元件的信号，光缆监测和发送这些信号的电路，因是由自身和工艺技术能力确定的，而不在这里介绍。

现在介绍本发明光缆放大器运行及光缆的运行。

当光缆运行时，波长1的高频光学信号，假如说从10号站产生（传输站），发送到光导纤维中。

波长1的高频光学信号，在光缆1中光导纤维13中传播。由于其衰减，而要求在放大器6中放大，而后进入光缆2的光导纤维14。

如上所述，波长1的高频光学信号，在光缆2中传播，必须经放大器7的放大，才能进入光缆3。

同样，沿光缆3光导纤维传播的高频光学信号，需要经过放大器8的放大后，再继续通过光缆4的光导纤维传播。

在光缆4中传播的光学信号，与此相同的方式，必须经过放大器9的放大，传送到光缆5。这时光学信号才能传到接收站11，由其接收。

如上文的描述，图2给出了上述放大器6的基本结构典型示意图，光缆中运行的放大器7，8和9都与放大器6结构相同。

在放大器6中，有两个激光器部件，只有其中之一工作，假如说是19。用于放大送出波长2的受激辐射能量到活性芯光导纤维段16。

另一激光器或叫受激辐射源，标号数为20，作为备用发光源和作为监测光电二极管。

波长2的受激辐射光波能量，被调制为低频m乐。假定由于图5所示的变光发生器34产生，所说的典型发生器中包含一程控调制，技术工艺上叫“信号音”;不同放大器中，受激辐射低频调制频率m6是不同的。

在具体放大器6，7，8和9中，低频调制频率或叫做单一受激辐射“信号音”是独立不同的，其数值分别为m6，m7，m8和m9。

在光缆中所有信号音m6，m7，m8和m9的各自不同，提供了接收站，监测，识别各个不同放大器激光器的工作状态的可能。

由于波长为1的传输光学信号为高频调制，使得1与2信号互不干扰。

如前文介绍，传输光学信号1为高频调制，在沿光导纤维传输会受到衰减，而需要进入放大器6。

传输光学信号1，通过分光耦合器17进行活性芯光导纤维16，而同时，辐射源或激光器发出的波长2的受激辐射也进入活性芯光导纤维。

在活性芯光导纤维16中，由于上面解释的原因，有一波长1的光学信号，通过分光耦合器18，被放大的信号传入光缆2的光导纤维14。

活性芯光导纤维段中，输入的受激辐射能量强度，可以为电信号Vc表示，并通过连接有分光耦合器17的光电二极管对此Vc信号进行监测。

活性芯光导纤维导的受激辐射输出能量强度，可以由电信号V′b表示，通过与非用于激光器运行而用作检测光电二极管的激光器20相连的电路监测这一Vb′信号。

Ve和Vb′两个电信号送入微处理器电路29。

通常，激光器19工作非常好，这是由于电路密封，如虚线框内部分，而得以保证的。

实际上，Va信号应映了激光器19发出的受激辐射强度，通过光电二极管30和放大器引进行监测。

Va信号，除送到微处理器电路外，还送到比较器32，Va信号与基准源33提供的基准信号共同进入比较器比较，比较结果用于控制变光发生器34，反馈到激光器19，使得受激辐射光强持续在同一调制方式下。

但是，激光器19随时间增加，必然老化，而通过Va和Vbias信号能反映到微处理器电路上去。

在此状态下，微处理器通过存储器42的存储程序，提供Ina信号，径由转换器38形成对低频调制器37的影响。

所说的调制器37使得激光器19发出一低频调制或叫做信号音m61的警报信号，叠加一同样低频调制波长1的传输光信号，警报信号16接收站11接收。另外，微处理器电路，通过存储器42中的程序，监测Va和Vbias信号，得到效率和非比较器32比较装置33单元发出的信号。若所说的装置失效，微处理器电路将发出没有在图中表示出的In′a信号，此信号作用在转换器38上，而调制器37使得此信号的发出并发出m62调制警报信号。

这些信号，使得发送站11，由低频m6/10和m6/10′光学信与高频1调制信号叠加，而沿光缆送出控制信号。

此控制信号m6/10产生一基于波长2的调制受激偏差能量61a，偏差能量波长为2。放大器6中的微处理器电路29。监控此信号作为控制信号，微处理器电路通过发出Ina和Inb信号;径转发器35，分别去关断激光器19而开通激光器20。

在这种方式下，远程光导纤维通讯信号传输光通道的理想工作状态就是设置激光器19不再提供有效的受激辐射能量而最终作为监测光电二极管运行。

当激光器19作为受激辐射源报废，而又不能在放大器中充当监测光电二极管时，图6的备用装置投入运行。在此状态下，当微处理器电路29接收到发送站送出的控制信号m6/10或m6/10′时，除发出控制信号Inb和In′b外，还发出Ine和In′e的控制信号。

由Inb或In′b信号，设置光学比较器19″有效，而使得光导纤维19投入导通，通过监测19″′光电二极管连通放大器36，并发出到微处理器电路29的Vb（Vb′）信号。

提供给放大器6的信号，同样提供给放大器7，8和9。

由此信号，运行光缆和运行放大器得到其自身运行效率和所在结构状态的控制。

实际运行中，光缆中光导纤维发生故障，立即就会被监测、定位、并传送到终端站10和11，而产生下列情况。

在一光缆中，一根光导纤维，例如光缆1中的光导纤维13发生损坏或断裂，波长1的光学信号将传不到放大器6。

此时，激光器19发出受激辐射能量不被用作1信号放大，在活性芯光导纤维16中不会有衰减。

在微处理器电路29之后，通过比较Va和V′b信号，识别出一不依赖于放大器的反常信号。在这时，微处理器电路29执行程序序，发出Ind信号到转换器38，使得调制器37′介入，向终端站11发出调制的警报信号。

由于这信号放大器6中放大器脱线，线中断裂光导纤维的位置就完全能迅速被找到。

从前面的介绍和随后的研究，本发明的远程光导纤维通讯光缆线路已经很清楚了。而且本发明的放大器的目的作用也明确了。

在放大器中，连接在一活性芯光导纤维两端的两个激光器，一个作为运行激光器，而另一个作为备用激光器，各用期间作为光电二极管使用。这样方式，用来减少当两个激光器之一有损坏时，引起光缆工作中断的危险，它们能够自动实现替换，以避免任何造成传输信号中断的可能。

另外，激光器电路运行在本身非常可靠的低频调制状态，这比光电传播器中高频电子电路的可靠性高得多。激光器应答终端站而海底光缆中所有放大器工作的状态，持续受到陆地端特殊信号的控制。

而且，从终端站发送传输信号及控制信号到每个放大器也非常可靠。使用在高频调制上叠加低频调制信号的方法，允许在不附加光缆传输控制信号光导纤维状态下，保持良好工作。

进一步，本发明光缆上每一放大器发出各自不同的信号。信号能被终端站10和11很好接收和识别。这使得光缆在何处光导纤维损坏，而得到一致的定位信号，而且构成了一个能监测每段光缆中光导纤维运行效率的系统，在发生故障时，能迅速投入维修。

尽管本发明的实例为一远程光导纤维海底通讯光缆，这并没有限制本发明的应用范围。本发明同样可用于地面和架空光缆。用于远距离地面架空传输光缆。

虽然，本发明的具体光缆和放大器已通过文字和图示进行了介绍。但很明确，本发明的范围应包括在技术领域能达到的任何可替代场合。

Claims (5)

1、一种光导纤维通讯线路，至少由一个第一光导纤维光缆和一个第二光导纤维光缆(1和2)，两光缆安装成串联，而其中间与一放大器(6)装置连接传输信号，所说的放大器(6)封装在一严密的封壳(12)中，封壳与光导纤维光缆端部连接，至少有一段活性芯光导纤维(16)，其一个端头光学连接到第一条光缆(1)的光导纤维(13)上，而另一端又单独地光学连接到第二条光缆(2)的光导纤维(14)上，第一受激辐射源(19)连接到属性芯光导纤维段(16)的两端之一，所说光缆线路的特征在于：其提供至少一端连有一光学辐射低频调制器用于传输信号；在放大器(6)中，还有一受激辐射源(20)连接到活性芯光导纤维段(16)的另一端上，微处理器电路(29)连接地活性芯光导纤维段(16)的两端，用于监测活性芯光导纤维段(16)中受激辐射的强质变化，而传输信号的上述强度变化送到受激辐射源(19，20)的至少一个低频调制器(37)控制电路上，及一个运行转换器(35)连接在第一受激辐射源(19)与第二受激辐射源(20)之间。

2、依据权利要求1所述的线路，其特征在于，线路放大器（6）中，活性芯光导纤维段（16）的每端连接，如一端与光缆（1）中的光导纤维（13）相连，与受激辐射源（19）相连，以及与跨接在活性芯光导纤维两端的电路相连，是通过一个分色光耦合器（17）实现的。

3、依据权利要求1所述的线路，由多段光导纤维光缆（1，2，3，4和5），成对与放大器（6，7，8和9）串联起来传输信号，其特征在于，信号放大器（6，7，8和9）其的低频调制器（37，37′）产生各自不同的低频受激辐射能量调制，而不同的低频调在光缆线路终端站光源实现信号传输。

4、一种光导通讯线路的放大器（6），密封在严密的封壳（12）中，封壳与第一段光缆及第二段光缆（1，2）的端头相连，至少有一段活性芯光导纤维（16），其端头一端与光缆（1）的光导纤维（13）连接，另一端与光缆（2）的光导纤维（14）相连，第一受激辐射源（19）与此活性芯光导纤维段（16）的一端相连，所说的放大器（6）其特征在于，还有一第二受激辐射源（20）与活性芯光导纤维段（16）的另一端相连接，一微处理器电路）（29）跨接在活性芯光导纤维段的两端，用于监测活性光导纤维段（16）内的受激辐射强度变化，并送此变化信号到受激辐射源的至少一个的低频调制器（37）的控制电路上，以及在第一和第二受激辐射源（19，20）之间的远行转换器（35）。

5、依据权利要求4所述放大器（6），其特征在于，在活性芯光导纤维段（16）的两端，其与光缆（1，2）中的光导纤维（13，14）的连接，与受激辐射源（19，20）的连接，以及与跨接在活性芯光导纤维两端的电路的连接，是通过分光耦合器（17，18）来实现的。

Images