CN109327261B - 一种光中继器的光路结构 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种光中继器的光路结构

【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***的故障可引起巨额的经济损失，加之海底光缆***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***，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***设计裕量足够大的情况下，***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】

本发明要解决的技术问题是现有技术中泵浦激光器失效将对所有信道产生影响，在高增益和大跨距情况下，容易导致部分波长光信噪比下降，甚至通信中断。此外，所有泵浦光功率通过2×2的耦合器输出，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，造成上行光纤通信和下行光纤通信的中断。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种光中继器光路结构，包括上行方向光路、下行方向光路、至少两组泵浦激光器、对应泵浦激光器组数量的耦合器，其中，所述上行方向光路和下行方向光路各自包括至少两条支路，具体的：

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；第一泵浦激光器组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；第二泵浦激光器组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；

所述上行方向光路的第一支路和第二支路上分别设置有第一光放大单元和第二光放大单元；所述下行方向光路的第一支路和第二支路分别设置有第三光放大单元和第四光放大单元；

其中，各泵浦光经过相应合波器耦合到对应支路后，进入相应支路上的光放大单元。

优选的，所述上行方向光路包括第一输入信号分波器和第一输出信号合波器，其中，所述第一输入信号分波器的输入端与上行方向光路的一侧干路相连，所述第一输出信号合波器的输出与上行方向光路的另一侧干路相连，所述第一输入信号分波器和第一输出信号合波器之间构成所述中继器中一个光纤对的工作区间；

所述第一输入信号分波器的至少两个输出端分别连接所述上行方向光路的第一支路和上行方向光路的第二支路，用于将上行方向光路的干路上传输的光信号拆分成至少两组子信号，其中，上行方向光路的第一组子信号和上行方向光路的第二组子信号分别通过所述上行方向光路的第一支路和上行方向光路的第二支路进行传输；

所述上行方向光路的第一支路和上行方向光路的第二支路的输出端分别连接所述第一输出信号合波器的输入端。

优选的，所述第一输入信号分波器和第一输出信号合波器，具体为输入梳状滤波器和输出梳状滤波器，则所述上行方向光路的第一组子信号和所述上行方向光路的第二组子信号分别为根据所述上行方向光路的干路信号拆分出的奇数信道波长构成的波带和偶数信道波长构成的波带。

优选的，第一输入信号分波器和第一输出信号合波器，具体为输入端子带滤波器和输出端子带滤波器，则所述上行方向光路的第一组子信号和所述上行方向光路的第二组子信号分别为第一预设波长组和第二预设波长组，其中，所述第一预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内；所述第二预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内。

优选的，所述下行方向光路包括第二输入信号分波器和第二输出信号合波器，其中，所述第二输入信号分波器的输入端与下行方向光路的一侧干路相连，所述第二输出信号合波器的输出与下行方向光路的另一侧干路相连，所述第二输入信号分波器和第二输出信号合波器之间构成所述中继器的工作区间；

所述第二输入信号分波器的至少两个输出端分别连接所述下行方向光路的第一支路和下行方向光路的第二支路，用于将下行方向光路的干路上传输的光信号拆分成至少两组子信号，其中，下行方向光路的第一组子信号和下行方向光路的第二组子信号分别通过所述下行方向光路的第一支路和下行方向光路的第二支路进行传输；

所述下行方向光路的第一支路和下行方向光路的第二支路的输出端分别连接所述第二输出信号合波器的输入端。

优选的，所述第二输入信号分波器和第二输出信号合波器，具体为输入梳状滤波器和输出梳状滤波器，则所述下行方向光路的第一组子信号和所述下行方向光路的第二组子信号分别为根据所述下行方向光路的干路信号拆分出的奇数信道波长构成的波带和偶数信道波长构成的波带。

优选的，第二输入信号分波器和第二输出信号合波器，具体为输入端子带滤波器和输出端子带滤波器，则所述下行方向光路的第一组子信号和所述下行方向光路的第二组子信号分别为第一预设波长组和第二预设波长组，其中，所述第一预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内；所述第二预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内。

优选的，所述第一光放大单元、第二光放大单元、第三光放大单元和第四光放大单元中，各自包括用于提供光增益的掺铒光纤和/或用于增益平坦的增益平坦滤波器。

优选的，在所述各泵浦激光器组分别由两个泵浦激光器构成时，所述合波器具体表现为2×2的耦合器，用于将两个泵浦激光器中的一个或者两个信号耦合进所述2×2的耦合器，并通过所述2×2的耦合器的两个输出端口分别向各自耦合的支路输入泵浦激光。

优选的，所述上行方向光路和下行方向光路中，对应所述光中继器的光路结构的输入端和输出端，还分别设置有输入光隔离器和输出光隔离器，具体的：

所述输入光隔离器用于抑制光放大单元的反向放大的自发辐射传输到光纤中；

所述输出光隔离器用于防止光纤线路上的反馈光在放大单元中产生额外的噪声和/或激射。

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，这样当对应一条支路的一个或者一组泵浦激光器失效时，至少还有一半的上行或下行波长信道可完全不受影响的放大传输，避免了传统4泵浦冗余保护方法中泵浦激光器失效对每个信道都将产生影响的弊端，同时也避免了传统4泵浦冗余保护方法中关键的2×2耦合器失效导致上、下行信道完全中断的风险，提高了光中继器的可靠性。

在本发明优选的实现方案中，同时把4个泵浦激光器分为两组，每组分别对上行、下行方向的奇数和偶数信道提供泵浦光，而每组内的2个泵浦激光通过2×2的3dB耦合器互为冗余。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中光中继器中2泵浦冗余保护的示意图；

图2是现有技术中传统光中继器中4泵浦冗余保护的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种光中继器光路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种4泵浦冗余保护的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的单级光放大单元结构示意图；

图6为本发明实施例提供的双级光放大单元结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的一种带放大功能的光分支单元的光路结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种光中继器的光路结构，如图3所示，包括上行方向光路11、下行方向光路12、至少两组泵浦激光器(如图3中标识13和14的虚线框所示)、对应泵浦激光器组数量的耦合器(如图3中标识15和16的对象所示)，其中，所述上行方向光路11和下行方向光路各自包括至少两条支路，如图3所示，所述上行方向光路11的支路包括第一支路，第二支路，…，第n支路；所述下行方向光路12的支路包括第一支路，第二支路，…，第n支路，具体的：

第一泵浦激光器组13经由第一耦合器15的第一输出端输出的泵浦光，通过第一合波器17耦合到上行方向光路11的第一支路；第一泵浦激光器组13经由第一耦合器15的第二输出端输出的泵浦光，通过第二合波器18耦合到下行方向光路的第一支路；

第二泵浦激光器组14经由第二耦合器16的第一输出端输出的泵浦光，通过第三合波器19耦合到上行方向光路11的第二支路；第二泵浦激光器组14经由第二耦合器16的第二输出端输出的泵浦光，通过第四合波器20耦合到下行方向光路的第二支路；

所述上行方向光路的第一支路和第二支路上分别设置有第一光放大单元25和第二光放大单元26；所述下行方向光路的第一支路和第二支路分别设置有第三光放大单元27和第四光放大单元28；

其中，各泵浦光经过相应合波器耦合到对应支路后，进入相应支路上的光放大单元。

例如，第一泵浦激光器组13通过第一合波器17耦合到上行方向光路11的第一支路中的泵浦光，会通过相应上行方向光路11的第一支路再进入所述第一光放大单元25，从而完成上行方向光路11的第一支路中相应第一组子信号的放大过程；第一泵浦激光器组13通过第二合波器18耦合到下行方向光路12的第一支路中的泵浦光，会通过所述下行方向光路12的第一支路再进入所述第三光放大单元27，从而完成下行方向光路12的第一支路中相应第一组子信号的放大过程。第二泵浦激光器组14通过第三合波器19耦合到上行方向光路11的第二支路中的泵浦光，会通过相应上行方向光路11的第二支路再进入所述第二光放大单元26，从而完成上行方向光路11的第二支路中相应第二组子信号的放大过程；第二泵浦激光器组14通过第四合波器20耦合到下行方向光路12的第二支路中的泵浦光，会通过相应下行方向光路12的第二支路再进入所述第四光放大单元28，从而完成下行方向光路12的第二支路中相应第二组子信号的放大过程。

本发明实施例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，这样当对应一条支路的一个或者一组泵浦激光器失效时，至少还有一半的上行或下行波长信道可完全不受影响的放大传输，避免了传统4泵浦冗余保护方法中泵浦激光器失效对每个信道都将产生影响的弊端，同时也避免了传统4泵浦冗余保护方法中关键的2×2耦合器失效导致上、下行信道完全中断的风险，提高了光中继器的可靠性。

在本发明实施例中，针对所述第一输入信号分波器21和第一输出信号合波器22，还提出两种可选的实现方案，包括：

方案一：

所述第一输入信号分波器21和第一输出信号合波器22具体为输入梳状滤波器和输出梳状滤波器。通过所述输入梳状滤波器，多波长信道被分为奇数和偶数信道，所述第一组子信号和所述第二组子信号分别为上行方向光路11的干路信号分波出的奇数信道波长构成的波带和偶数信道波长构成的波带。其中，所述奇数信道波长和偶数信道波长分别通过上行方向光路的第一支路和第二支路输出。所述输出梳状滤波器用于把放大后的第一支路的奇数信道波长和第二支路的偶数信道波长合波后输出。其中，第一支路和第二支路可以是分别用于传输奇数信道波长和偶数信道波长，也可以是分别用于传输偶数信道波长和技术信道波长，在此，具体选择拿条支路传输相应信道波长不做特殊限定。

方案二：

所示第一输入信号分波器21和第一输出信号合波器22，具体为输入子带滤波器和输出子带滤波器(也可以称呼为输出子带合波器)，所述输入子带滤波器为一个三端口器件，其公共端输入干路多波长信号，一个输出端(透射端)输出其通带范围内的透射波带信号，另外一个输出端输出(反射端)反射波带信号。经过所述输入子带滤波器后，所述透射波带信号和反射波带信号分别对应所述第一组子信号和所述第二组子信号。其中，所述第一组子信号处于相应支路上光放大单元(例如图3所示的第一光放大单元25)的放大波长范围内；所述第二子信号处波长处于相应支路上光放大单元(例如图3所示的第二光放大单元26)的可放大波长范围内。所述输出子带滤波器和所述输入子带滤波器结构相同，用于把放大后的第一组子信号和第二组子信号合波后从其公共端输出，方案二相对于方案一来说，灵活性更大，但需在带通滤波的边缘波长处预留一定宽度的保护波带。其中，第一组子信号和第二组子信号的划分方式，最简单的便是按照波长排序，以中间为界划分成两组。而实际情况中，划分的方式可根据***设计需求进行，在此不在赘述。

另外，第二输入信号分波器23和第二输出信号合波器24同样存在于所述第一输入信号分波器21和第一输出信号合波器22相似的两种实现方式，在此不再赘述。

结合本发明实施例，提供了一种具体的实现实例，在所述各泵浦激光器组分别由两个泵浦激光器构成时，所述合波器(如图3所示的标识15和16的对象)具体表现为2×2的耦合器，用于将两个泵浦激光器中的一个或者两个信号耦合进所述2×2的耦合器，并通过所述2×2的耦合器的两个输出端口分别向各自耦合的支路输入泵浦激光。

结合本发明实施例，对于中继器中的光信号放大结构来说，通常各光放大单元(包括图3所示的，标识有25-28的对象)包括用于提供光增益的掺铒光纤以及可选的用于增益平坦的增益平坦滤波器及其它光学器件，具有一级或两级放大结构。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，如图5所示，所述上行方向光路11和下行方向光路12中，对应所述光中继器的光路结构的输入端和输出端，还分别设置有输入光隔离器29和输出光隔离器30，具体的：

所述输入光隔离器29用于抑制光放大单元的反向放大的自发辐射噪声传输到光纤中；

所述输出光隔离器30用于防止光纤线路上的反馈光在放大单元中产生额外的噪声和/或激射。

实施例2：

本发明实施例提供了一种基于实施例1所述的光中继器基础上的泵浦冗余保护方法，本发明实施例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，如图3所示，包括上行方向光路11的第一支路、上行方向光路11的第二支路、…、上行方向光路11的第n支路，以及下行方向光路12的第一支路、下行方向光路12的第二支路、…、下行方向光路12的第n支路。其中，具体支路的数量可以根据对可靠性的要求和工作环境(在本发明实施例中通常指海底光缆)恶劣程度来设定，通常情况下，对于可靠性要求很高和/或工作环境较恶劣的，通常可以设定具有更多的支路，从而将信号的放大过程分摊给更多的泵浦激光器组，以便于降低因为某一个泵浦激光器或者某一组泵浦激光器出现故障时，对于整个光信号的有效传输的影响。

其中，每一泵浦激光器组中的泵浦激光器数量可以选择两个、三个甚至多个，相对而言的，每一泵浦激光器组中的泵浦激光器数量越多，对于突发情况下(例如某一泵浦激光器故障)，保证光信号仍然有效传输且具有更好的鲁棒性，但是，同样的也会带来成本的提高。因此，在本发明后续提出的实施例3中便采用了一种在单一泵浦激光器组中，设定具有两个泵浦激光器的实现方式。

而本发明实施例所提出的光中继结构，能够保证当对应一条支路的一个或者一组泵浦激光器失效时，至少还有一半的上行或下行波长信道可完全不受影响的放大传输，避免了传统4泵浦冗余保护方法中泵浦激光器失效对每个信道都将产生影响的弊端，同时也避免了传统4泵浦冗余保护方法中关键的2×2耦合器失效导致上、下行信道完全中断的风险，提高了光中继器的可靠性。

实施例3：

本发明实施例是基于实施例1所述的光中继器的光路结构和实施例2所述的泵浦冗余保护方法基础上，提供了一种具体应用场景下的实例，虽然在本实施例中，所标识的标号与实施例1中有所不同，此处的标号上的不同表明了本发明实施例是实施例1在一种具体实例场景的表现，另一方面，本发明实施例也通过名称和附图结构位置的对应性来表现源自实施例1中相应特征的上下位实例关系。参见图4，包括上行方向光路301、下行方向光路302、第一泵浦激光器303、第二泵浦激光器304、第三泵浦激光器305、第四泵浦激光器306、2个2×2的3dB耦合器307和308。

其中，上行方向光路301中包括：输入光隔离器308，输入梳状滤波器309、奇数波长通道中的合波器310、奇数波长光放大单元311、偶数波长通道中的合波器312、偶数波长光放大单元313、输出梳状滤波器314，输出光隔离器315。

下行方向光路包括：输入光隔离器316，输入梳状光滤波器317、奇数波长通道中的合波器318、奇数波长光放大单元319、偶数波长通道中的合波器320、偶数波长光放大单元321、输出梳状滤波器322，输出光隔离器323。

第一泵浦激光器303和第二泵浦激光器304经过耦合器307后互为冗余，组成第一组泵浦激光器，耦合器306的两输出端分别与上行的偶数波长信道的合波器313和下行方向偶数波长信道的合波器321相连，为上行和下行方向中的偶数波长信道提供泵浦光。等同的，第三泵浦激光器305和第四泵浦激光器306组成第二组泵浦激光器，经耦合器308互为冗余后，与合波器310和318相连，为上行和下行方向中的奇数波长信道提供泵浦光。

在本实施例中，上行方向密集波分复用的信号光经过梳状光滤波器309后被分为奇数波长和偶数波长的两个波带，它们分别由两个光放大单元311和313放大，之后再经输出梳状滤波器314进行奇、偶信道合波后输出。耦合器307和308为两个放大单元提供第一组泵浦激光器(第一泵浦激光器303和第二泵浦激光器304组成)和第二组泵浦激光器(第一泵浦激光器305和第二泵浦激光器306组成)一半的泵浦光功率。输入光隔离器308用于抑制光放大器的反向放大的自发辐射(ASE)传输到光纤中，输出光隔离器315用于防止光纤线路上的反馈光在放大单元中产生额外的噪声甚至激射。

除信号传输方向相反外，下行方向的光路与上行方向光路类似，其奇数和偶数波长信道的泵浦光功率分别为第一组和第二组泵浦激光器的一半。

本实施例中的光放大单元包含用于光放大的掺铒光纤和增益平坦滤波器(GainFlattening Filter，简写为：GFF)等无源光器件，它可以是图4所示的单级放大单元，也可以是图5所示的两级放大单元或其它更复杂的多级放大光路结构。单级放大单元由掺铒光纤401和GFF402组成，它只能提供较低的增益，而且末端GFF402引入的功率损耗也较大，导致泵浦效率和输出功率都较低。如要提供更高的增益和输出功率，需采用图6所示的两级放大的放大单元。图6中，输入信号光和泵浦光经过第一段掺杂光纤501后，放大的信号光被合波器502分配到包含GFF503和隔离器504的信号通路中，而剩余的泵浦光则由泵浦光通路505传输到合波器506，信号光和剩余泵浦光合波后通过第二段掺铒光纤507，信号光再次被放大后输出。

表1给出了本实施案例与图2中传统4泵浦冗余保护方式对比的结果。泵浦激光器各种可能的失效情况对信道的影响如下：(1)如果第一组激光器中的两个泵浦激光器(303或304)其中一个失效，与之相连的上、下行偶数波长信道的泵浦功率减半，上行放大单元311和下行放大单元319的增益下降，输出增益谱倾斜，虽然级联饱和放大器的自补偿效应会使其功率在级联的下一级放大器中得到部分恢复，但在高增益、大跨距(例如24dB增益，120km跨距)的情况下，补偿效果有限，导致传输质量下降(误码增加)，部分OSNR较差的波长信道甚至会产生业务中断。类似的，如果第二组激光器中的一个出现失效，上行和下行方向的奇数波长信道将受到影响。但无论是哪个泵浦激光器失效，都还有一半的信道完全不受影响；(2)如果第一组泵浦激光器中的两个泵浦激光器都失效，那么上行和下行方向的偶数波长信道将完全中断，但奇数波长信道完全不受影响。反之，如果第二组泵浦激光器全部失效，那么上行和下行方向的偶数波长信道将完全中断，偶数波长信道完全不受影响；(3)如果有3个泵浦激光器失效，那么上、下行方向将只有一半的波长信道能维持通信，并且传输质量出现下降；(4)如果第一组和第二组泵浦激光器中各有一个失效，各个放大单元都只能得到原来一半的泵浦功率，所有波长信道都受到影响。

表1.本实施案例与传统的4泵浦冗余保护方式的对比

本发明实施例中，通过引入光梳状滤波器，将光纤中传输的波长信道分为奇数信道和偶数信道分别放大，并把泵浦激光器分组后分别给奇数和偶数信道提供泵浦光。这样无论4个泵浦激光器任何一个失效，都有一半的信道完全不受其影响。而当出现2个泵浦激光器失效的情况时，本实施例还有50％的概率(同组激光器损坏的情况)可保障一半的信道完全不受影响。即使在3个泵浦激光器完全失效的极端情况下，在剩余一半信道中还有原来50％的泵浦功率，至少还可保障部分波长维持正常业务。而按传统4泵浦冗余保护方式，此时掺铒光纤中的泵浦功率只有原来的25％，在大跨距、高增益的情况下，所有波长的业务可能已经完全中断。此外，本实施例中单个2×2耦合器失效只会导致一半波长信道中断，避免了传统冗余保护方案中关键的2×2耦合器失效导致所有信道完全中断的风险。

实施例4：

参见图7，本发明实施例说明了实施例1中的光中继器，经简单改造后即可实现海底光分插复用分支单元的功能，在不额外引入插损较大的分波和合波器件的情况下，可提供一半波长信道的上、下路功能。由本发明实施例所提出的结构应用到该海底分支单元时，具体结构如图7所示，包括：

上行方向光路601、下行方向光路602、第一泵浦激光器603、第二泵浦激光器604、第三泵浦激光器605、第四泵浦激光器606、2个2×2的3dB耦合器607和608。

其中，上行方向光路601中包括：输入光隔离器609、输入梳状光滤波器610、奇数波长下路端611、奇数波长上路端612、上路端光隔离器613、奇数波长通道中的合波器614、奇数波长光放大单元615、偶数波长通道中的合波器616、偶数波长光放大单元617、输出梳状滤波器618和输出光隔离器619。

下行方向光路包括：输入光隔离器620、输入梳状光滤波器621、奇数波长下路端622、奇数波长上路端623、上路端光隔离器624、奇数波长通道中的合波器625、奇数波长光放大单元626、偶数波长通道中的合波器627、偶数波长光放大单元628、输出梳状滤波器629和输出光隔离器630。

第一泵浦激光器603和第二泵浦激光器604经过耦合器607后互为冗余，组成第一组泵浦激光器，耦合器607的两输出端分别与上行的偶数波长信道的合波器616和下行方向偶数波长信道的合波器627相连，为上行和下行方向中的偶数波长信道提供泵浦光。类似的，第三泵浦激光器605和第四泵浦激光器606组成第二组泵浦激光器，经耦合器608互为冗余后，与合波器614和625相连，为上行和下行方向中的奇数波长信道提供泵浦光。

在本实施例中，上行方向密集波分复用的信号光经过梳状光滤波器610后被分为奇数波长和偶数波长的两个波带，下路的偶数波长信道通过下路端610后继续传输，而上路的奇数波长信道经上路端611通过上路端隔离器613后进入光放大单元615放大。无需上下路的偶数波长信道和上路的奇数波长信道在放大后经梳状滤波器618合波，经输出隔离器619后输出。其中，下行方向的信号光也采用相同的方法实现一半波长的上、下路。泵浦冗余保护方式和实施例1中相同，不再赘述。

本发明实施例中，通过引入光梳状滤波器，将光纤中密集波分复用传输的多个波长信道分解为奇数信道和偶数信道，即可简单的实现一半波长信道的上、下路功能，而无需再额外引入插损较大的分波和合波光器件，这样同时具备了中继器和光分插复用分支单元的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光中继器的光路结构，其特征在于，包括上行方向光路、下行方向光路、至少两组泵浦激光器、对应泵浦激光器组数量的耦合器，其中，所述上行方向光路和下行方向光路各自包括至少两条支路，具体的：

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；第一泵浦激光器组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；第二泵浦激光器组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；

所述上行方向光路的第一支路和第二支路上分别设置有第一光放大单元和第二光放大单元；所述下行方向光路的第一支路和第二支路分别设置有第三光放大单元和第四光放大单元；

其中，各泵浦光经过相应合波器耦合到对应支路后，进入相应支路上的光放大单元；

所述上行方向光路包括第一输入信号分波器和第一输出信号合波器，其中，所述第一输入信号分波器的输入端与上行方向光路的一侧干路相连，所述第一输出信号合波器的输出与上行方向光路的另一侧干路相连，所述第一输入信号分波器和第一输出信号合波器之间构成所述中继器的工作区间；

所述第一输入信号分波器的至少两个输出端分别连接所述上行方向光路的第一支路和上行方向光路的第二支路，用于将上行方向光路的干路上传输的光信号拆分成至少两组子信号，其中，上行方向光路的第一组子信号和上行方向光路的第二组子信号分别通过所述上行方向光路的第一支路和上行方向光路的第二支路进行传输；

所述上行方向光路的第一支路和上行方向光路的第二支路的输出端分别连接所述第一输出信号合波器的输入端。

2.根据权利要求1所述的光中继器的光路结构，其特征在于，所述第一输入信号分波器和第一输出信号合波器，具体为输入梳状滤波器和输出梳状滤波器，则所述上行方向光路的第一组子信号和所述上行方向光路的第二组子信号分别为根据所述上行方向光路的干路信号拆分出的奇数信道波长构成的波带和偶数信道波长构成的波带。

3.根据权利要求1所述的光中继器的光路结构，其特征在于，第一输入信号分波器和第一输出信号合波器，具体为输入端子带滤波器和输出端子带滤波器，则所述上行方向光路的第一组子信号和所述上行方向光路的第二组子信号分别为第一预设波长组和第二预设波长组，其中，所述第一预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内；所述第二预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内。

4.根据权利要求1所述的光中继器的光路结构，其特征在于，所述下行方向光路包括第二输入信号分波器和第二输出信号合波器，其中，所述第二输入信号分波器的输入端与下行方向光路的一侧干路相连，所述第二输出信号合波器的输出与下行方向光路的另一侧干路相连，所述第二输入信号分波器和第二输出信号合波器之间构成所述光中继器中一个光纤对的工作区间；

所述第二输入信号分波器的至少两个输出端分别连接所述下行方向光路的第一支路和下行方向光路的第二支路，用于将下行方向光路的干路上传输的光信号拆分成至少两组子信号，其中，下行方向光路的第一组子信号和下行方向光路的第二组子信号分别通过所述下行方向光路的第一支路和下行方向光路的第二支路进行传输；

所述下行方向光路的第一支路和下行方向光路的第二支路的输出端分别连接所述第二输出信号合波器的输入端。

5.根据权利要求4所述的光中继器的光路结构，其特征在于，所述第二输入信号分波器和第二输出信号合波器，具体为输入梳状滤波器和输出梳状滤波器，则所述下行方向光路的第一组子信号和所述下行方向光路的第二组子信号分别为根据所述下行方向光路的干路信号拆分出的奇数信道波长构成的波带和偶数信道波长构成的波带。

6.根据权利要求4所述的光中继器的光路结构，其特征在于，第二输入信号分波器和第二输出信号合波器，具体为输入端子带滤波器和输出端子带滤波器，则所述下行方向光路的第一组子信号和所述下行方向光路的第二组子信号分别为第一预设波长组和第二预设波长组，其中，所述第一预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内；所述第二预设波长组的波长处于相应支路上光放大单元的可放大波长范围内。

7.根据权利要求1所述的光中继器的光路结构，其特征在于，所述第一光放大单元、第二光放大单元、第三光放大单元和第四光放大单元中，各自包括用于提供光增益的掺铒光纤和/或用于增益平坦的增益平坦滤波器。

8.根据权利要求1所述的光中继器的光路结构，其特征在于，在所述各泵浦激光器组分别由两个泵浦激光器构成时，所述合波器具体表现为2×2的耦合器，用于将两个泵浦激光器中的一个或者两个信号耦合进所述2×2的耦合器，并通过所述2×2的耦合器的两个输出端口分别向各自耦合的支路提供泵浦光。

9.根据权利要求1所述的光中继器的光路结构，其特征在于，所述上行方向光路和下行方向光路中，对应所述光中继器的光路结构的输入端和输出端，还分别设置有输入光隔离器和输出光隔离器，具体的：

所述输入光隔离器用于抑制光放大单元的反向的放大的自发辐射传输到光纤中；

所述输出光隔离器用于防止光纤线路上的反馈光在放大单元中产生额外的噪声和/或激射。

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