[发明专利]一种光中继器的光路结构

说明书

本发明涉及光通信技术领域，提供了一种光中继器的光路结构。结构中第一泵浦激光器组经由第一耦合器的第一输出端输出的泵浦光，通过第一合波器耦合到上行方向光路的第一支路，经由第一耦合器的第二输出端输出的泵浦光，通过第二合波器耦合到下行方向光路的第一支路；第二泵浦激光器组经由第二耦合器的第一输出端输出的泵浦光，通过第三合波器耦合到上行方向光路的第二支路，经由第二耦合器的第二输出端输出的泵浦光，通过第四合波器耦合到下行方向光路的第二支路。本发明通过将光纤中传输的波长信道分为至少两个支路分别放大，提高了光中继器的可靠性。

【技术领域】

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种光中继器的光路结构。

【背景技术】

目前海底光缆传输了97％的跨洋通信业务，海缆系统的故障可引起巨额的经济损失，加之海底光缆系统维修的高额费用和可能高达数周的维修时间，因此对光中继器和海底光缆的可靠性提出了极高的要求。相比海底光缆，光中继器内部结构复杂，光、电器件众多，其可靠性尤其重要，而在中继器中泵浦激光器是失效率最高的器件。为提高可靠性，光中继器中通常采用泵浦冗余保护的方法，以防止单个泵浦激光器失效而造成整个网络的通信中断。图1为光中继器中常用的泵浦冗余保护方法。两个泵浦激光器经一个2×2的3dB耦合器后对中继器中一个纤对的上、下行方向的光放大单元提供泵浦光。图1中的光放大单元包含提供光增益的掺铒光纤以及用于增益平坦的增益平坦滤波器等其它无源光器件。光放大单元可以具有一级或两级放大结构。

如果图1中一个泵浦激光器功率降低甚至完全失效，得益于耦合器对两泵浦激光器光功率的耦合分配作用，上、下行光纤线路中的掺铒光纤仍可分配到一半的泵浦光，虽然光放大单元的增益和输出功率降低，但整个光纤对的通信不会完全中断。当然，如果能探测到泵浦功率或者输出信号功率的降低，通过反馈控制的方式增加未失效的泵浦激光器的输出功率，可使得放大器增益和输出功率不变，但这一方面将在中继器中引入复杂的控制电路和系统，反而可能降低中继器的整体可靠性；另一方面要求泵浦激光器留有很大的裕量，而无制冷的海底专用泵浦激光器通常输出功率不高，裕量有限。目前更常用的方法是对泵浦激光器不进行任何主动的控制，而是利用处于饱和状态的光放大单元级联时的自补偿效应，即在某一级光放大单元增益减小的情况下，链路下面几级饱和状态的光放大单元可自动补偿部分损失的增益。利用此效应，在每段跨距较短，光放大单元增益不高，且系统设计裕量足够大的情况下，系统仍能维持部分甚至全部波长的正常通信业务。

目前海底中继器中的无制冷泵浦激光器功率通常小于500mW，考虑到为提高其可靠性而保留的一部分功率裕量，2个泵浦激光器冗余保护的方法只适用于单根光纤输出功率小于21dBm的中继器。随着光纤中波长信道密度的增加，对中继器输出功率的要求越来越高，为获得更高增益和输出功率，常采用4个泵浦激光器，其冗余保护的方法如图2所示。该方法中，两个泵浦激光首先经过一个偏振合束器(Polorization Beam Combiner，简写为：PBC)进行功率合成，然后再通过2×2光耦合器实现泵浦激光器冗余保护。当单个或2个泵浦失效时，上行和下行方向的增益与总输出功率将下降，增益谱发生倾斜(长波长的增益较高)。对21dB增益、带宽为40nm的C波段中继器，在两个泵浦失效的情况下，总输出功率将下降大约50％，原来平坦的增益谱大幅倾斜2～3dB。虽然由于自补偿效应，与之级联的饱和状态的光放大单元可补偿部分增益的损失，但仍会导致整个链路增益平坦度以及光信噪比(Optical Signal Noise Ratio，简写为：OSNR)劣化，尤其是在大跨距、高增益的情况下，2个或者3个泵浦激光器失效仍可能导致部分波长甚至大部分波长都不能维持正常的通信。另外，此种冗余保护方法还存在两个缺陷：(1)泵浦光功率均通过2×2耦合器输出，形成一个单点故障点，当该耦合器失效时，输入两路光纤放大器的泵浦激光同时中断，造成上、下行光纤通信的中断；(2)2个泵浦合波使用的PBC通常由保偏光纤拉锥工艺制作，技术实现难度大，此外还存在偏振合束器耦合损耗大，失效率高的问题。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】