CN1949690B - 一种光通信系统中激光安全保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光通信系统中激光安全保护方法和装置，属于激光安全领域。为了解决存在拉曼放大器或遥泵放大器的应用场合中，无法通过检测光功率的方式正确判断出网络是否发生故障，以及网络是否存在激光泄漏的危险问题，本发明提出了一种方法，通过对光纤中每一路光信道进行低频小幅度调制，让每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，在下游节点检测到其中任一低频标识信号即可判定上游光纤链路正常，否则认为上游光纤链路发生故障，进而控制本节点的光功率输出，达到激光安全的目的。本发明还提供了一种光通信系统中激光安全保护装置，用来实现激光的安全保护。

Description

一种光通信系统中激光安全保护方法和装置

技术领域

本发明涉及激光安全领域，特别涉及一种光通信系统中激光安全保护方法和装置。

背景技术

因为激光方向性好，其输出方向上的强度特别高，所以对人眼的威胁特别大。现在通信系统中所用到的激光，由于其波长分布在可见光范围之外，例如短波870nm、长波1310nm和1550nm附近，人眼无法直接看到光束分布，所以对人眼的威胁尤其大。在EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier-掺铒光纤放大器)和WDM(Wavelength Division Multiplexing-波分复用)技术发明之后，光纤中所承载的光信号功率较之传统的SDH(Synchronous Digital Hierarchy-同步数字体系)设备，其输出功率更高，而且现在的通信系统中很多装置使用拉曼放大器对光信号进行补偿放大，这样光纤所承载的光信号功率甚至达到或超过了30dBm，这样强的光功率严重的威胁了电信系统操作和维护人员的安全。IEC60825标准中对激光装置和设备的安全等级进行了划分，并且规定了具体的操作措施和安全标识，ITU-T专门针对通信系统中的激光安全问题制订了G.664标准，提出了光通信装置能够在出现激光辐射的时候自动降低输出光功率乃至关闭激光器输出，即APR(Automatic Power Reduction-自动光功率降低)和APSD(Automatic Power Shutdown-自动光功率关断)。

自动光功率降低APR是通过在光通信设备上增加链路状态检测及控制激光器输出功率来完成的，其执行过程是：当一根光缆发生故障可能造成激光泄漏时，下行方向上的下游节点就会检测到光功率丢失，判断出上游链路存在激光泄漏危险，降低在上行方向的功率输出，上游节点在上行方向上检测到下游节点的功率降低后，也会降低与上行方向相反的下行方向上的功率输出，从而降低了激光泄漏造成人身事故的危险。如图1所示，当从节点B到节点A的西向光纤发生故障可能造成激光泄漏危险时，节点A的西向放大器会检测到节点B过来的光信号丢失，其会判定节点B至节点A的光纤链路存在激光泄漏危险，同时节点A至节点B的光纤中同样可能存在激光泄漏危险，通知节点A的东向放大器降低输出光功率，以使节点A至节点B中的激光泄漏符合IEC60825标准所规定的安全等级，保护操作维护人员的安全。之后节点B东向放大器同样会检测到东向光信号功率的降低或丢失，它也会执行相同的过程，通知节点B西向放大器降低输出，以使节点B至节点A中的激光泄漏符合IEC60825标准所规定的安全等级。APSD的执行过程和APR的执行过程类似，不同之处是其直接关闭激光器或放大器输出，而不是降低输出功率到低于某一预先设定的值。

现有通信装置的APR和APSD的执行过程基本上都是通过检测接收到的光功率是否低于某个域值，进而判定链路是否会发生激光泄漏的危险，一旦检测到收光方向上的光功率出现异常，则马上降低或关断反方向上的光功率输出，既保证反方向上的激光泄漏满足安全标准要求，又可以通知对侧设备也执行相应的保护措施。但是仅通过光功率检测方式解决不了存在拉曼放大器或遥泵放大器应用场合中的APR问题，如图2所示，在使用了拉曼放大器或遥泵放大器场合中，常会将某种泵浦光沿光信号相反的方向输入到光纤中，虽然节点B至节点A的西向光纤发生了故障，例如断纤，存在激光泄漏的危险，但在节点A的西向接收侧仍然会检测到相当强的光功率，因为泵浦光进入光纤后有一部分泵浦光会被反射回来，并且反向受激拉曼辐射也会产生噪声光，以和光信号一致的方向被节点A接收到，这导致光功率检测方式无法正确判断出网络是否发生故障，以及网络是否存在激光泄漏的危险。

针对上述问题，现在已经提出了很多解决方案：一种方案是通过数字电路层上报信号丢失LOS来判定，例如在WDM设备中，通过OTU(Optical Transfer Unit-光波长转换单元)上报的LOS情况来判断，判断条件可以是多数表决机制，即工作中的多个OTU中有一半以上的OTU上报LOS告警，也可以是按某波长或波长组信号情况来决定；另一种方案是通过对放大器总输出功率进行控制或调制，让主光通道信号承载一种标识信号，下游节点通过检测该标识信号是否存在来判定上游链路是否发生故障，进而控制本节点的输出光功率，达到激光安全的目的，此种方案有两种实施方法，其一是在源端给主光通道上加载一种标识信号，中间节点仅检测标识信号，其二是在每个中间节点的主光路上加载新的标识信号。但是以上两种方案都有很大的局限性：第一种方案虽然有其方便的一面，但仅适用于有业务上下的节点，即该节点存在OTU，对于光放大器节点，因为没有业务上下，所以无法检测网络是否存在激光泄漏的危险，而且OTU本身也存在失效，存在APR误动作的可能性，导致整个通信链路中断；第二种方案的实施方法一不适用于多个节点有上下业务的链状或者环网，在这种情况下，源端主光通道包含的信道波长在中间OADM(Optical Add/Drop Multiplexer-光分插复用设备)节点分别被下路，造成后续节点的主光路中无标识信号存在，保护功能因此失效，实施方法二虽然可以避免实施方法一保护功能失效的可能，但多个标识的重叠会严重影响业务信道的性能，如果选择在每个节点擦除上一节点的标识信号，需要额外的成本，且实施困难。

发明内容

为了解决存在拉曼放大器或遥泵放大器应用场合中，无法通过检测光功率方式正确判断出网络是否发生故障，以及网络是否存在激光泄漏的危险问题，本发明提出了一种方法，通过对光纤中每一路光信道进行低频小幅度调制，让每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，在下游节点检测到其中任一低频标识信号即可判定上游光纤链路正常，否则认为上游光纤链路发生故障，进而控制本节点的光功率输出，达到激光安全的目的，所述方法包括以下步骤：

步骤A：在光发射源端节点或者OADM节点业务信号上路时，对每一个承载业务信号的光信号波长加载低频调制信号，使每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，且各个光信道选择不同的低频调制频率，所述各个光信道的光信号合波后进入主光信道传输；

步骤B：主光信道上的任意节点收到合波光信号，进行分光检测，检测主光信号中任一光信道所承载的低频标识信号的存在性，并根据检测结果控制所述任意节点的光功率输出；

步骤C：所述任意节点的上游和下游节点根据检测光功率的结果，控制所述上游和下游节点的光功率输出。

所述步骤B具体包括：主光信道上的任意节点检测到任一所述低频标识信号，所述任意节点的放大器保持正常输出。

所述步骤B具体包括：主光信道上的任意节点没有检测到任一所述低频标识信号，所述任意节点降低或关断同方向和反方向放大器的光功率输出。

所述低频标识信号的频率小于MHz。

所述低频标识信号的调制深度为3-5％。

本发明还提供了一种光通信系统中激光安全保护装置，所述装置包括低频调制信号加载模块、合波模块、分光模块、低频调制信号检测模块和放大器控制模块；

所述低频调制信号加载模块用于在光发射源端节点或者OADM节点业务信号上路时，对每一个上路的光信号波长加载低频调制信号，使每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，且各个光信道选择不同的低频调制频率；

所述合波模块用于将所述各个光信道的光信号进行合波；

所述分光模块用于从主光信道上分离一小部分光信号，作为检测光信号，而对主光信道上的业务信号影响很小；

所述低频调制信号检测模块用于检测合波光信号中任一光信道所承载的低频标识信号的存在性，并将检测结果发送给所述放大器控制模块；

所述放大器控制模块用于根据所述低频调制信号检测模块发送的检测结果，控制放大器的光功率输出。

所述低频调制信号加载模块包括低频调制信号生成单元，所述低频调制信号生成单元用于生成低频调制信号。

所述放大器控制模块包括降低放大器输出单元，所述降低放大器输出单元用于根据所述低频调制信号检测模块发送的检测结果，降低放大器的光功率输出。

所述放大器控制模块包括关断放大器输出单元，所述关断放大器输出单元用于根据所述低频调制信号检测模块发送的检测结果，关断放大器的光功率输出。

采用本发明所述技术解决了带拉曼或遥泵放大器中的激光安全问题。由于各个光信道上面都含有低频标识信号，包括OADM节点新上路的信道也含有低频标识信号，从而避免了主光信道无标识情况的产生，消除了误判断的可能性。同时低频标识信号增多可以互为备份，大大增强了激光保护的可靠性。

附图说明

图1是现有技术放大器APR示意图；

图2是现有技术带拉曼的放大器APR示意图；

图3是本发明具有激光安全保护功能的光通信系统；

图4是本发明实施例的流程图；

图5是低频调制信号加载示意图；

图6是低频标识信号检测示意图；

图7是本发明光通信系统中激光安全保护装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例

由于WDM系统将多路不同波长的光信号合并在一根光纤中传输，因此WDM系统中的光功率会更大，激光安全性要求相对更高。参见图3，本发明提出了一种方法，对光纤中每一路光信道低频小幅度调制，让每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，在下游节点检测到其中任一低频标识信号即可判定上游光纤链路正常，否则认为上游光纤链路发生故障，进而控制本节点的光功率输出，达到激光安全的目的，其实现的具体步骤如下，参见图4：

步骤101：在光发射源端节点或者OADM节点业务上路时，对每一个上路的光信号波长加载低频调制信号，使每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，各个光信道的光信号合波后进入主光信道传输。加载低频调制信号的方法为：

每一路光信道信号都承载一种低频标识信号通过电控可调光衰减器实现。如图5所示，高速业务电信号通过电光变换单元加载到波长为λn的光信道上，光信道λn通过电控可调光衰减器单元调制出低频标识信号，电控可调光衰减器由低频调制信号单元控制，低频调制信号单元产生低频的调制信号ωn，例如选择单一频率的正弦信号。考虑到光传输系统中EDFA的影响，低频调制信号的周期最好小于高能态粒子的寿命，而且为了后续节点检测方便或者投入成本考虑，低频标识信号的频率不宜过高，最好在MHz以下，例如选择100kHz～200kHz附近的频率。各个光信道可以选择不同的低频调制频率，例如各个低频调制频率之间彼此间隔100Hz，在100kHz～200kHz频率范围内可以标识1000个信道，充分满足WDM应用。为避免低频标识信号影响光信道业务信号的质量，低频调制信号单元需要控制低频调制信号的幅度。因为过大的低频标识信号会造成光通道信号光功率的过大起伏，从而造成光通道业务信号上眼皮过厚引发过大的光信噪比，一般情况下各个光通道标识信号的调制深度在3～5％之间。为了保证调制深度的稳定性，还可以在光信号发送端集成接收装置用于反馈控制低频调制信号单元，在满足检测条件的前提下保证调制深度最小。另外，在光信号发射端用一个低频信号小幅度直接调制激光器的驱动电流以调制输出光功率，同样可以实现加载低频调制信号。

步骤102：主光信道上的任意节点收到合波光信号，进行分光检测，检测主光信号中所有的低频标识信号，如果任一低频标识信号存在，则执行步骤105，如果任一低频标识信号都不存在，则执行步骤103。检测低频标识信号的方法为：

如图6所示，分光单元首先从主光信道中分离一小部分光，为减少对业务的影响，一般分离比例小于5％。分离的小部分光进入低速光/电变换单元变成电信号，这部分功能通常由低速的PIN型光电二极管或雪崩光电二极管来实现，由于低速光/电变换单元选择带宽只有MHz量级的器件，而高速的业务信号一般都在Gbit/s以上，因此高速业务信号转换为直流电信号，只有低频的调制信号被非失真的接收下来，再经过电放大单元和电带通滤波单元得到确定带宽内的全部低频扰动信号。模拟的电信号经过模/数转换单元变成数字信号送入处理单元分析。处理单元可以选择专用的数字信号处理芯片或其它CPU(Central Processing Unit-中央处理单元)，利用傅立叶变换或其它分析方法可以直接一次性得到各个低频调制信号的信息，从而判断主光信道中是否存在事先约定的低频调制信号。为保证不会产生误操作，应充分估计动态网络存在OADM情况下，各个光波长信道之间存在相当大的功率差值，因而在接收到的各个波长上相应的低频调制信号的强度也存在相当大的差异，在处理单元数值分析低频调制信号时，应充分估计差异的大小，使检测装置具有足够宽的检测范围，以满足光传输系统中只有高功率光信道或者只有低功率光信道以及二者混合情况下，都可以正确检测到低频标识信号的存在。

步骤103：任意节点判定其上游节点到本节点的光纤链路出现故障，启动APR或APSD激光保护进程，降低或关断本节点同方向和反方向放大器的光功率输出。

步骤104：任意节点的上游节点和下游节点检测到光功率降低或丢失，启动APR或APSD激光保护进程，降低或关断各自节点同方向和反方向放大器的光功率输出。

步骤105：任意节点判定其上游节点到本节点的光纤链路没有出现故障，放大器保持正常输出。

参见图7，本发明还提供了一种光通信系统中激光安全保护装置，装置包括低频调制信号加载模块、合波模块、分光模块、低频调制信号检测模块和放大器控制模块；

低频调制信号加载模块用于在光发射源端节点或者OADM节点业务上路时，对每一个上路的光信号波长加载低频调制信号；

合波模块用于将各个光信道的光信号进行合波；

分光模块用于从主光信道上分离一小部分光信号，作为检测光信号，而对主光信道上的业务信号影响很小；

低频调制信号检测模块用于检测合波光信号中任一光信道所承载的低频标识信号的存在性，并将检测结果发送给放大器控制模块；

放大器控制模块用于根据低频调制信号检测模块发送的检测结果，控制放大器的光功率输出。

低频调制信号加载模块包括低频调制信号生成单元，低频调制信号生成单元用于生成低频调制信号。

放大器控制模块包括降低放大器输出单元，降低放大器输出单元用于根据低频调制信号检测模块发送的检测结果，降低放大器的光功率输出。

放大器控制模块包括关断放大器输出单元，关断放大器输出单元用于根据低频调制信号检测模块发送的检测结果，关断放大器的光功率输出。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光通信系统中激光安全保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤A：在光发射源端节点或者OADM节点业务信号上路时，对每一个承载业务信号的光信号波长加载低频调制信号，使每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，且各个光信道选择不同的低频调制频率，所述各个光信道的光信号合波后进入主光信道传输；

步骤B：主光信道上的任意节点收到合波光信号，进行分光检测，检测主光信号中任一光信道所承载的低频标识信号的存在性，并根据检测结果控制所述任意节点的光功率输出；

步骤C：所述任意节点的上游和下游节点根据检测光功率的结果，控制所述上游和下游节点的光功率输出。

2.如权利要求1所述的光通信系统中激光安全保护方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：主光信道上的任意节点检测到任一所述低频标识信号，所述任意节点的放大器保持正常输出。

3.如权利要求1所述的光通信系统中激光安全保护方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：主光信道上的任意节点没有检测到任一所述低频标识信号，所述任意节点降低或关断同方向和反方向放大器的光功率输出。

4.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的光通信系统中激光安全保护方法，其特征在于，所述低频标识信号的频率小于MHz。

5.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的光通信系统中激光安全保护方法，其特征在于，所述低频标识信号的调制深度为3-5％。

6.一种光通信系统中激光安全保护装置，其特征在于，所述装置包括低频调制信号加载模块、合波模块、分光模块、低频调制信号检测模块和放大器控制模块；

所述低频调制信号加载模块用于在光发射源端节点或者OADM节点业务信号上路时，对每一个承载业务信号的光信号波长加载低频调制信号，使每一路光信道信号都承载一种低频标识信号，且各个光信道选择不同的低频调制频率；

所述合波模块用于将所述各个光信道的光信号进行合波；

所述分光模块用于从主光信道上分离一小部分光信号，作为检测光信号，而对主光信道上的业务信号影响很小；

所述低频调制信号检测模块用于检测合波光信号中任一光信道所承载的低频标识信号的存在性，并将检测结果发送给所述放大器控制模块；

所述放大器控制模块用于根据所述低频调制信号检测模块发送的检测结果，控制放大器的光功率输出。

7.如权利要求6所述的光通信系统中激光安全保护装置，其特征在于，所述低频调制信号加载模块包括低频调制信号生成单元，所述低频调制信号生成单元用于生成低频调制信号。

8.如权利要求6所述的光通信系统中激光安全保护装置，其特征在于，所述放大器控制模块包括降低放大器输出单元，所述降低放大器输出单元用于根据所述低频调制信号检测模块发送的检测结果，降低放大器的光功率输出。

9.如权利要求6所述的光通信系统中激光安全保护装置，其特征在于，所述放大器控制模块包括关断放大器输出单元，所述关断放大器输出单元用于根据所述低频调制信号检测模块发送的检测结果，关断放大器的光功率输出。

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