一种光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构的制作方法

本实用新型涉及传输光缆健康监测技术领域，具体为一种光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构。

背景技术：

对于长距离传输的光缆，为了弥补光信号传输损耗，一般都有多级中继放大器，也称为光中继放大链路。在某些不便于人工维护的光中继放大链路，比如海底光缆、跨荒漠长距离光缆等，为了检查整个光纤链路上各中继放大器的信号增益、光缆有否断裂以及对断点定位等，目前是采用能够透过光纤放大器的COTDR(相干检测光时域反射计)进行检测。

现有的COTDR用于双纤双向光纤通信系统的检测，传输光纤一端(以下称A为端)两根光纤分别连接COTDR设备的发射端口和接收端口，COTDR光脉冲探测信号在A端的下行光纤中传输；A端的上行光纤传输返回的COTDR的后向瑞利散射信号。传输光纤的另一端称为B端。B端发射的通信信号在B端的下行光纤中传输由A端接收，B端的下行光纤即为A端的上行光纤，而A端的下行光纤为B端的上行光纤。

COTDR光纤链路检测系统包括与n级光中继放大器相配合的n级传输COTDR信号的光学结构，每个光学结构含有环形器和3dB光纤耦合器。传输光缆A端的COTDR设备发送光脉冲探测信号，在A端的下行光纤和其上的各级光中继放大器中传输，在下行光纤的每个光中继放大器后连接环形器，放大后的光脉冲探测信号中的后向瑞利散射信号通过环形器从该传输光纤中分出，接入在对应A端上行光纤中的3dB光纤耦合器，在3dB光纤耦合器中本级的后向瑞利散射信号与上行光纤中传输的通信信号及后级瑞利散射信号耦合，一起进入A端上行光纤，共同传输至传输光纤A端，后向瑞利信号经末端波分复用器滤波输出至COTDR设备接收端。COTDR设备接收经n级光学结构返回的n个光脉冲序列，据此判断光纤链路的状态。

目前的传输COTDR信号的光学结构安装于光中继放大光纤链路中，用以实现长距离光缆，特别是海底光缆的健康检测。

但由于传输COTDR信号的光学结构在上行光纤中使用了3dB光纤耦合器，上行光纤中传输的通信信号必须经过光纤耦合器，其中传输的通信信号插损大于3dB，插损较大，影响通信质量。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有COTDR信号传输光学结构引入插损过大的缺点，提供一种光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构，增加解波分复用器和波分复用器使上行光纤中的通信信号绕过光纤耦合器继续传输，而本级的后向瑞利散射信号和后级的后向瑞利散射信号通过解波分复用器、光纤耦合器、波分复用器与与通信信号一起耦合进入上行光纤传输；本光学结构使通信信号不经过3dB光纤耦合器，减少其插损。

本实用新型设计的一种光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构，所述光中继放大光纤链路的A端和B端之间有两条传输光纤，A、B端各有一台通信设备；A端还配置COTDR设备。

A→B光纤和A←B光纤用于A、B端相互传输通信信号。A→B光纤为A端的下行光纤，A端通信设备发送的信号在A→B光纤中向B端传输，A←B光纤为A端的上行光纤，A端通信设备接收在A←B光纤中传输到A端的B端通信信号。可见，A→B光纤也就是B端的上行光纤，B端通信设备接收在A→B光纤中传输到B端的A端通信信号，A←B光纤也就是B端的下行光纤，B端设备发送的通信信号在A←B光纤中向A端传输。

A→B光纤和A←B光纤上各有相互对应的n级中继放大器，A→B光纤的A端经A端波分复用器分别连接A端通信设备的信号发送端和A端COTDR设备的发送端，A←B光纤的A端经A端解波分复用器连接A端COTDR设备接收端和A端通信设备的信号接收端，A端COTDR信号和A、B端通信设备发送的通信信号的波长都不同；A→B光纤的B端连接B端通信设备的接收端，A←B光纤的B端连接B端通信设备的发送端。

所述COTDR设备位于A端，所述传输COTDR信号的光学结构为传输A端 COTDR信号的光学结构，包括环形器和光纤耦合器。所述A→B光纤和A←B光纤上的每级中继放大器均配合安装一套传输A端COTDR信号的光学结构。其中每级传输A端COTDR信号的光学结构中的环形器有三个端口，光纤耦合器有2个输入端和一个输出端。环形器的第一端口与A→B光纤上的同级中继放大器的输出端连接，环形器的第二端口连接通往该光纤的下一级中继放大器的A→B光纤，环形器的第三端口与光纤耦合器一个输入端连接。

本实用新型的传输COTDR信号的光学结构还包括解波分复用器和波分复用器，同一级光学结构的解波分复用器和波分复用器连接于A←B光纤中，位于A←B光纤的该级中继放大器的输入端一侧；解波分复用器和波分复用器均为三端口，三个端口分别为公共端、透射端和反射端，解波分复用器的公共端与后方的A←B光纤连接，透射端连接光纤耦合器另一输入端，反射端则连接波分复用器的反射端；波分复用器透射端连接光纤耦合器输出端，公共端则连接A←B光纤的本级中继放大器输入端。

某级的光学结构的解波分复用器将在A←B光纤中传输的本级之前的多级的后向瑞利散射信号与通信信号分离、送入光纤耦合器，而通信信号则直接进入波分复用器，光纤耦合器将环形器分离出的本级A→B光纤的中继放大器的后向瑞利散射信号与解波分复用器送入的的多级的后向瑞利散射信号耦合，送入光纤耦合器前方的波分复用器，将本级及其前方的多级后向瑞利散射信号与A←B光纤中的通信信号合波、放大，在A←B光纤继续向A端传输。

n级传输A端COTDR信号的光学结构分离出的后向瑞利散射信号与B端通信信号共同传输至A端，再经A端解波分复用器分离分别进入A端COTDR设备的接收端和A端通信信号设备的接收端，A端COTDR设备接收经n级传输A端COTDR信号的光学结构返回的n个A端COTDR光脉冲序列。

A、B两端可同时配置COTDR设备，传输A端COTDR信号的光学结构如上所述。B端同时配置COTDR设备，A←B光纤的B端经B端波分复用器分别连接B端通信设备的信号发送端和B端COTDR设备的发送端，B端COTDR信号和A、B端通信设备发送的通信信号的波长不同,而且与A端COTDR信号波长不同；A→B光纤的B端经B端解波分复用器连接B端COTDR设备接收端和B端通信设备的信号接收端。

B端COTDR从光纤链路B端发送光脉冲探测信号，即B端COTDR信号，沿光纤链路B端的下行光纤即A←B光纤传输。

所述A→B光纤和A←B光纤上的每级中继放大器还配合安装一套传输B端COTDR信号的光学结构。传输B端COTDR信号的光学结构与传输A端COTDR信号的光学结构的主要部件相同，光纤链路上安装的传输B端COTDR信号的光学结构与传输A端COTDR信号的光学结构相互为中心对称。传输B端COTDR信号的光学结构环形器第一端口与A←B光纤上的同级中继放大器的输出端连接，环形器第二端口连接通往该光纤的下一级中继放大器的A←B光纤，环形器第三端口与本光学结构的光纤耦合器一个输入端连接。本光学结构的解波分复用器和波分复用器连接于A→B光纤中，位于A→B光纤的该级中继放大器的输入端一侧；本光学结构的解波分复用器的公共端与后方的A→B光纤连接，透射端连接光纤耦合器另一输入端，反射端则连接波分复用器的反射端；波分复用器透射端连接光纤耦合器输出端，公共端则连接A→B光纤的本级中继放大器输入端。

每经过一级中继放大器时，B端COTDR信号被放大，之后进入传输B端COTDR信号的光学结构，其中的解波分复用器将A→B光纤中传输的本级之前的多级后向瑞利散射信号与通信信号解复用，送入光纤耦合器的一个输入端，而通信信号则直接进入波分复用器，光纤耦合器将本光学结构的环形器分离出的本级A←B光纤的中继放大器的后向瑞利散射信号与解波分复用器送入的的多级的后向瑞利散射信号耦合，送至波分复用器，与通信信号复用再次进入A→B光纤。

n级传输B端COTDR信号的光学结构分离出的后向瑞利散射信号与A端通信信号共同传输至B端，再经B端解波分复用器分离分别进入B端COTDR设备的接收端和B端通信信号设备的接收端，B端COTDR设备接收经n级传输B端COTDR信号的光学结构返回的n个B端COTDR光脉冲序列。

所述环形器其工作波长包含C波段和L波段。

所述光纤耦合器，其工作波长包含C波段和L波段，最佳方案为分光比1:1的光纤耦合器,或称3dB耦合器。

所述波分复用器和解波分复用器的透射波为中心波长与本光学结构所配 合的COTDR信号工作波长一致的窄光谱信号波，反射波为波长范围包含所处光纤传输的通信信号波长的宽光谱信号波，公共端同时承载两种信号。当光纤链路A、B两端都配置COTDR设备时，传输B端COTDR信号的光学结构与传输A端COTDR信号的光学结构中的波分复用器和解波分复用器透射波长不同，各与所配合的COTDR探测脉冲信号的工作波长一致。

与现有技术相比，本实用新型一种光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构的有益效果是：1、减少通信信号的插损，本实用新型的光学结构在光纤耦合器前后插入了解波分复用器和波分复用器，通信信号经过本光学结构时不通过光纤耦合器，故引入插损仅约1dB，而现有的传输COTDR信号的光学结构通信信号在通过光纤耦合器时插损达3dB，插损至少减少2dB，故本实用新型可提高光中继放大光纤链路的光信噪比达2dB；2、因本实用新型可降低插损，故适合用于长距离的通信光缆，特别是海底通信光缆；3、本实用新型的光学结构仅加装解波分复用器和波分复用器，易于实现，适合推广应用。

附图说明

图1为本光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构实施例示意图；

图2为本实施例安装于光中继放大光纤链路应用实施例1的示意图，COTDR设备处于此光纤链路A端；

图3为本实施例安装于光中继放大光纤链路应用实施例2的示意图，两台COTDR设备分别处于此光纤链路A端和B端。

1、A→B光纤上的中继放大器，2、环形器，3、A→B光纤，4、A←B光纤，5、解波分复用器，6、光纤耦合器，7、波分复用器，8、A←B光纤上的中继放大器，1-1～1-16、A→B光纤上的16级中继放大器，8-1～8-16、A←B光纤上的16级中继放大器，M1～M16、16级传输A端COTDR信号的光学结构，N1～N16、16级传输B端COTDR信号的光学结构，A9、A端解波分复用器，A10、A端波分复用器，B9、B端解波分复用器，B10、B端波分复用器，

具体实施方式

光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构实施例

本光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构实施例如图1所示，本例光中继放大光纤链路的A端和B端之间有两条传输光纤，A→B光纤3(图1中箭头向左的光纤)和A←B光纤4(图1中箭头向右的光纤)，用于A、B端相互传输通信信号，本例A、B端通信设备发送的通信信号的波长相同。

A→B光纤3和A←B光纤4上各有相互对应的n级中继放大器1、8。本例COTDR设备位于A端，本例传输COTDR信号的光学结构为传输A端COTDR信号的光学结构，包括环形器2、光纤耦合器6、解波分复用器5和波分复用器7。所述A→B光纤3和A←B光纤4上的每级中继放大器1、8均配合安装一套传输A端COTDR信号的光学结构。其中每级传输A端COTDR信号的光学结构中的环形器2有三个端口，光纤耦合器6有2个输入端和一个输出端。环形器2的第一端口与A→B光纤3上的同级中继放大器1的输出端连接，环形器2的第二端口连接通往该光纤的下一级中继放大器的A→B光纤3，环形器2的第三端口与光纤耦合器6一个输入端连接。该光学结构的解波分复用器5和波分复用器7连接于A←B光纤4中，位于A←B光纤4的该级中继放大器8的输入端一侧；解波分复用器5和波分复用器7均为三端口，三个端口分别为公共端、透射端和反射端，解波分复用器5的公共端与后方的A←B光纤4连接，透射端连接光纤耦合器6另一输入端，反射端则连接波分复用器7的反射端；波分复用器7透射端连接光纤耦合器6输出端，公共端则连接A←B光纤4的本级中继放大器8输入端。

本例环形器2工作波长包含C波段和L波段。

本例光纤耦合器6为3dB光纤耦合器，工作波长包含C波段和L波段。

本例波分复用器7和解波分复用器5的透射波为中心波长与本光学结构所配合的COTDR信号工作波长一致的窄光谱信号波，反射波为波长范围包含所处光纤传输的通信信号波长的宽光谱信号波，公共端同时承载两种信号。

某级的光学结构的解波分复用器将在A←B光纤中传输的本级之前的多级的后向瑞利散射信号与通信信号分离、送入光纤耦合器，而通信信号则直接进入波分复用器，光纤耦合器将环形器分离出的本级A→B光纤的中继放大器的后向瑞利散射信号与解波分复用器送入的的多级的后向瑞利散射信号耦合，送入光纤耦合器前方的波分复用器，将本级及其前方的多级后向瑞利散 射信号与A←B光纤中的通信信号合波、放大，在A←B光纤继续向A端传输。

n级传输A端COTDR信号的光学结构分离出的后向瑞利散射信号与B端通信信号共同传输至A端，再经A端解波分复用器分离分别进入A端COTDR设备的接收端和A端通信信号设备的接收端，A端COTDR设备接收经n级传输A端COTDR信号的光学结构返回的n个A端COTDR光脉冲序列。

传输COTDR信号的光学结构应用实施例1

图2所示为上述光中继放大光纤链路传输COTDR信号的光学结构实施例安装于光中继放大光纤链路的实施例1。“传输COTDR信号的光学结构”在下文中简称为光学结构。

本例光中继放大光纤链路的A、B端各有一台通信设备，传输CH21(1560.61nm)至CH60(1529.19nm)的40波密集波分信号，COTDR设备安装于光中继放大光纤链路的A端。A端一般为海底光缆传输的岸端。COTDR设备包括光脉冲发送端和接收端。发送波长1561.42nm(CH20)的下行光脉冲探测信号。光中继放大光纤链路的A→B光纤3和A←B光纤4上有相互对应的16级中继放大器，即A→B光纤3上相隔一定距离依次安装第1级A→B光纤中继放大器1-1至第16级A→B光纤中继放大器1-16，以及与之相对应的第1级A←B光纤中继放大器8-1至第16级A←B光纤中继放大器8-16，每一级中继放大器后面配有一套上述的光学结构，即图中的M1至M16。

A→B光纤3的A端经A端波分复用器A10分别连接A端通信设备的信号发送端和A端COTDR设备的发送端，A←B光纤4的A端经A端解波分复用器A9连接A端COTDR设备接收端和A端通信设备的信号接收端，波分复用器和解波分复用器的透射中心波长都为CH20，与COTDR设备信号波长一致，与通信设备发送的通信信号波长CH21―CH60不同；A→B光纤3的B端连接B端通信设备的接收端，A←B光纤4的B端连接B端通信设备的发送端。

A端COTDR设备包括发送端和接收端，其发送的COTDR下行光脉冲探测信号经第一级A→B光纤中继放大器1-1后输出放大的光脉冲探测信号，进入第1级光学结构M1中的环形器2，光脉冲探测信号的后向瑞利散射信号通过该环形器2分离出A→B光纤3，进入M1中的3dB光纤耦合器6；从本光纤链 路B端的通信设备发出的、在A←B光纤4中传输的通信信号，到达第1级光学结构M1时，解波分复用器将A←B光纤4中第2级A←B光纤中继放大器8-2产生的、以及之前的后向瑞利散射信号解复用，送入M1的3dB光纤耦合器6，而B端通信信号直接通过解波分复用器5；3dB光纤耦合器6将A←B和A→B光纤的后向瑞利散射信号一起送入第1级光学结构M1的波分复用器7与B端通信信号复用后进入A←B光纤4的第1级光中继放大器8-1，然后进入A端解波分复用器A9，B端通信信号被A端通信设备接收，后向瑞利散射信号进入COTDR设备的接收端，形成第1个COTDR接收脉冲。COTDR光脉冲探测信号通过A→B光纤3继续传输到第2级A→B光纤中继放大器1-2，输出放大的光脉冲探测信号，进入第2级光学结构M2中的环形器，光脉冲探测信号的后向瑞利散射信号通过M2中的环形器分离出A→B光纤3，送入M2中的3dB光纤耦合器；A←B光纤4中上行传输的B端通信信号到达第2级光学结构M2时，M2中解波分复用器将A←B光纤4中所有的后向瑞利散射信号解复用，送入M2的3dB光纤耦合器，而B端通信信号直接通过解波分复用器；3dB光纤耦合器将A→B、A←B光纤的后向瑞利散射信号一起送入波分复用器与B端通信信号复用后进入A←B光纤第2级光中继放大器8-1，然后进入COTDR设备的接收端，形成第二个COTDR接收脉冲。如此依次进行，形成第1至第16个COTDR接受脉冲，据此即可判断光纤链路的状态。

传输COTDR信号的光学结构应用实施例2

本应用实施例2如图3所示，光纤链路A、B两端各安装有COTDR设备和通信设备，相互独立运行。光中继放大光纤链路的A→B光纤3和A←B光纤4上有相互对应的16级中继放大器，即第1级A→B光纤中继放大器1-1至第16级A→B光纤中继放大器1-16，以及相对应的第1级A←B光纤中继放大器8-1至第16级A←B光纤中继放大器8-16，每一级中继放大器后面配有一套与A端COTDR设备相配合的A端光学结构，即图中的M1至M16。A端COTDR设备发送的COTDR光脉冲探测信号的波长为CH20，对应M1至M16的波分复用器的透射波长也为CH20；每一级中继放大器后面配有一套与B端COTDR设备相配合的光学结构，即图中的N1至N16，B端COTDR设备发送的COTDR光 脉冲探测信号的波长为CH19，对应N1至N16的波分复用器的透射波长也为CH19。N1至N16为配合B端COTDR设备的B端光学结构，以B端为末端，A端为始端，图3中N1至N16的结构与M1至M16相同，各级A、B端光学结构的安装相互为中心对称。图3的上半部分表示A端的COTDR设备和通信设备以及第1级A→B光纤中继放大器1-1至第3级A→B光纤中继放大器1-3，第1级A←B光纤中继放大器8-1至第3级A←B光纤中继放大器8-3，以及光学结构M1至M3和光学结构N1至N3。图3的下半部分表示B端的COTDR设备和通信设备以及第14级A→B光纤中继放大器1-14至第16级A→B光纤中继放大器1-16，第14级A←B光纤中继放大器8-14至第16级A←B光纤中继放大器8-16，以及光学结构M14至M16和光学结构N14至N16。上半部右端的p、q分别与下半部分左端的p、q连接。其它中继放大器和光学结构未在图3中显示。

A端COTDR设备发送的波长CH20的COTDR光脉冲探测信号在A→B光纤3依次经过16级A→B光纤光中继放大器1-1至1-16，及光学结构M1至M16，再经A←B光纤4的16级A←B光纤光中继放大器8-1至8-16，返回A端COTDR设备16个接收脉冲。因光学结构N1至N16中波分复用器的透射波长与A端的COTDR光脉冲探测信号的波长不配合，A端的COTDR光脉冲探测信号直接通过光学结构N1至N16的波分复用器和解波分复用器。

相似的B端COTDR设备发送的波长CH19的COTDR光脉冲探测信号在A←B光纤4依次经过16级A←B光纤光中继放大器8-16至8-1，及光学结构N16至N1，再经A→B光纤3的16级A→B光纤光中继放大器1-1至1-16，返回B端COTDR设备16个接收脉冲。

A端和B端都配置COTDR设备可使光中继放大光纤链路两端都能监控光缆健康状态，当光缆同时有两个断点时，一端的COTDR只能探测并定位与本端距离近的断点，不能探测到另一个，同样另一端也只能探测到与其距离近的断点。两端同时配置COTDR设备能更全面的对光缆状态进行探测。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范 围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。