CN214675159U - 用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，包括第一和第二上行光路、第一和第二下行光路、第一和第二泵浦激光器组。所述第一、第二上行光路分别和第一、第二下行光路形成光纤水听器阵列的两对空分光路。所述第一、第二上行光路通过第一泵浦激光器组相连，第一、第二下行光路通过第二泵浦激光器组相连。本实用新型有益的效果是：上下行光路单独采用双泵浦激光器并联耦合分配方式，避免了光纤水听器阵列中上下行光路的光功率差异大导致泵浦激光器难以耦合分配的问题；采用波分复用器将上行光路中继放大后的背向散射光耦合进入下行光路并将光纤水听器阵列用的激光波长的背向散射光滤除，避免进入下行光路引入干涉噪声。

Description

用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路

技术领域

本实用新型涉及光纤传感领域，主要是一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路。

背景技术

光纤水听器是以光纤为信号传感和传输介质的新一代水声传感器，通过光学相干检测将水声振动转换成光信号，具有灵敏度高、频响特性号、抗电磁干扰等优点。光纤水听器通过空分、时分、波分的大规模复用形成水听器阵列，在海洋声环境探测、海底观测网、水下安防、海洋石油勘探和海洋地质调查等领域具有广泛应用前景。

在光通信领域中，光信号在海底光缆中通过近上百公里传输后大幅度衰减，导致岸站接收的光信号信噪比降低，因此在大容量、远距离光纤传输系统中每隔一定的距离加入一个光中继器进行中继放大补偿光功率。与此相比，光纤水听器阵列在远程传输时引入光中继器的主要问题包括：

(1)上下行链路光功率差异大。光纤水听器阵列插入损耗一般大于20dB，在一对空分光路中上行光路光信号经水听器阵列后输出至下行光路，使得上下行链路的光功率差异在 20dB以上。传统的光中继器双泵浦激光器冗余方法如图1所示，在一对上下行链路中进行泵浦分配，而在光纤水听器阵列中采用该双泵浦激光耦合分配的方式将难以实现。

(2)链路耦合噪声。如图2和3所示，光通信中海底光缆在光中继器前后加入光纤耦合器对上、下行链路进行交叉耦合避免光中继器对光传输的单向隔离，实现对光中继器后端光缆链路的检测。在光纤水听器阵列中，上行中继后端链路的背向散射光通过耦合器耦合进入下行光路和水听器阵列返回的光信号同频叠加，引入干涉噪声。

实用新型内容

为解决光纤水听器阵列远距离传输中继放大和噪声引入问题，本实用新型提供了一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，提高中继放大可靠性和降低光纤水听器阵列系统噪声。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，包括第一上行光路、第二上行光路、第一下行光路、第二下行光路、第一泵浦激光器组和第二泵浦激光器组，第一上行光路、第二上行光路分别和第一下行光路、第二下行光路形成光纤水听器阵列的两对空分光路；第一上行光路和第二上行光路通过第一泵浦激光器组相连，第一下行光路和第二下行光路通过第二泵浦激光器组相连。

所述第一上行光路包含依次连接的上行第一隔离器、上行第一波分复用器、上行第一放大模块、上行第一耦合器，第二上行光路包含依次连接的上行第二隔离器、上行第二波分复用器、上行第二放大模块、上行第二耦合器；第一下行光路包含下行第一放大模块、下行第一波分复用器A、下行第一隔离器、下行第一波分复用器B，第二下行光路包含下行第二波分复用器A、下行第二隔离器、下行第二波分复用器B、下行第二放大模块；所述第一上行光路通过上行第一耦合器的第二输出和第一下行光路的下行第一波分复用器的第二输入相连接；第二上行光路通过上行第二耦合器的第二输出和第二下行光路的下行第二波分复用器A 的第二输入相连接，即两个光输出分别和所述上、下行方向链路中的波分复用器相连，实现将上行光路光中继放大后的背向散射光耦合进入下行光路，其中隔离器实现光信号的单向隔离。

优选的，所述第一泵浦激光器组包含一个上行耦合器和两个上行泵浦激光器，两个上行泵浦激光器通过一个上行耦合器并联耦合输出；第二泵浦激光器组包含一个下行耦合器和两个下行泵浦激光器，两个下行泵浦激光器通过一个下行耦合器并联耦合输出。

所述第一泵浦激光器组与第二泵浦激光器组相比较具有更高的输出光功率。

优选的，所述上行第一放大模块、上行第二放大模块、下行第一放大模块、下行第二放大模块各自包括用于光信号增益的掺铒光纤，具有用于增益平坦滤波、光信号输入和增益放大输出功率探测、输出光信号单向隔离的功能；所述上行第一放大模块、上行第二放大模块与第一泵浦激光器组配合使用，下行第一放大模块、下行第二放大模块与第二泵浦激光器组配合使用。

优选的，所述第一下行光路的下行第一波分复用器A、第二下行光路的下行第二波分复用器A的第二输入应选择只可透过用于海光缆相干检测用的波长窗口，即可滤除光纤水听器阵列用的激光波长，其第一输入的波长选择应可透过除第二输入波长以外的其余波长窗口。

本实用新型的有益效果为：(1)上、下行光路单独采用双泵浦激光器并联耦合分配方式，避免了光纤水听器阵列中上下行光路的光功率差异大导致泵浦激光器难以耦合分配的问题。 (2)采用波分复用器将上行光路中继放大后的背向散射光耦合进入下行光路，并将光纤水听器阵列用的激光波长的背向散射光滤除，避免进入下行光路和水听器阵列返回的光信号同频叠加，引入干涉噪声。

附图说明

附图1现有技术光中继器双泵浦激光器冗余方法示意图；

附图2现有技术光中继器上下行链路耦合方式一示意图；

附图3现有技术光中继器上下行链路耦合方式二示意图；

附图4本实用新型一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路方案一示意图；

附图5本实用新型一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路方案二示意图；

附图标记说明：第一上行光路11、第二上行光路12、第一下行光路13、第二下行光路14、第一泵浦激光器组15、第二泵浦激光器组16，光纤水听器阵列17、上行第一隔离器21、上行第一波分复用器22、上行第一放大模块23、上行第一耦合器24、上行泵浦激光器25、上行耦合器26、下行第一波分复用器A27、下行第一放大模块28、下行泵浦激光器29，下行第二波分复用器A30、上行第二隔离器31、上行第二波分复用器32、上行第二放大模块33、上行第二耦合器34，下行第一波分复用器B35、下行第一隔离器36，下行耦合器37、下行第二隔离器38、下行第二波分复用器B39、下行第二放大模块40。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细说明。

本实用新型实施例提供了一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，如图4和5所示，包括第一上行光路11、第二上行光路12、第一下行光路13、第二下行光路14、第一泵浦激光器组15、第二泵浦激光器组16。所述上行方向链路的第一上行光路11、第二上行光路12分别和下行方向链路的第一下行光路13、第二下行光路14形成光纤水听器阵列17的两对空分传输光路。第一上行光路11和第二上行光路12通过第一泵浦激光器组15相连，第一下行光路13和第二下行光路14通过第二泵浦激光器组16相连。应当理解，所述光纤水听器阵列17应包含多对空分传输光路，在实施例中以两对为例进行详细说明。

所述第一泵浦激光器组15输出为980nm窗口波长，包含一个上行耦合器26和两个上行泵浦激光器25。其中，上行泵浦激光器25选用较高的光功率输出，上行耦合器26的两个光输入分别和两个两个上行泵浦激光器25的输出相连接，两个光输出分别和所述第一上行光路 11和第二上行光路12连接。

所述第二泵浦激光器组16输出为980nm窗口波长，包含两个下行泵浦激光器29和一个下行耦合器37。其中，下行泵浦激光器29可选用较低的光功率输出，下行耦合器37的两个光输入分别和两个下行泵浦激光器29的输出相连接，两个光输出分别和所述第一下行光路 13和第二下行光路14连接。

所述第一上行光路11包含依次连接的上行第一隔离器21、上行第一波分复用器22、上行第一放大模块23、上行第一耦合器24，第二上行光路12包含依次连接的上行第二隔离器31、上行第二波分复用器32、上行第二放大模块33、上行第二耦合器34；第一下行光路13 包含下行第一放大模块28、下行第一波分复用器A27、下行第一隔离器36、下行第一波分复用器B35，第二下行光路14包含下行第二波分复用器A30、下行第二隔离器38、下行第二波分复用器B39、下行第二放大模块40；所述第一上行光路11通过上行第一耦合器24的第二输出和第一下行光路13的下行第一波分复用器A27的第二输入相连接；第二上行光路12通过上行第二耦合器34的第二输出和第二下行光路14的下行第二波分复用器A30的第二输入相连接。隔离器实现链路光信号的单向隔离。

其中，上行链路方向上行第一波分复用器22的第一输入端和上行第一隔离器21的输出端相连，其第二输入端和第一泵浦激光器组15的输出端相连，其输出端和上行第一放大模块 23相连。下行链路方向下行第二波分复用器B39的第一输入端和下行第二隔离器38的输出端相连，其第二输入端和第二泵浦激光器组16的输出端相连，其输出端和下行第二放大模块 40相连。

其中，所述上行第一放大模块23、上行第二放大模块33、下行第一放大模块28、下行第二放大模块40各自包括用于光信号增益的掺铒光纤，具有用于增益平坦滤波、光信号输入和增益放大输出功率探测、输出光信号单向隔离的功能；所述上行第一放大模块23、上行第二放大模块33与第一泵浦激光器组15配合使用，下行第一放大模块28、下行第二放大模块 40与第二泵浦激光器组16配合使用。所述上行第一放大模块23输入端和所述上行链路的上行第一波分复用器22的输出端相连，其输出和上行第一耦合器24的输入相连。上行第一耦合器24的第一输出将光信号送入光纤水听器阵列17。

在本实用新型的实施例中，针对将上行链路中继放大后的背向散射光耦合进入下行光路，提出了两种可选的实现方案，包括：

方案一：

如图4所示，所述下行第一波分复用器A27、下行第二波分复用器A30的第一输入接收来自光纤水听器阵列17的光信号，其第二输入和所述上行第一耦合器24、上行第二耦合器 34的第二输出相连，其输出和下行链路的下行第一隔离器36、下行第二隔离器38输入连接。下行链路下行第一隔离器36、下行第二隔离器38的输出分别和下行第一波分复用器B35、下行第二波分复用器B39的第一输入相连，下行链路中的下行第一波分复用器B35、下行第二波分复用器B39的第二输入和第二泵浦激光器组16输出相连，其输出和下行第一放大模块28、下行第二放大模块40的输入相连，即含有光纤水听器阵列17的光信号和链路检测用背向散射光合波后通过下行第一放大模块28、下行第二放大模块40放大输出至岸站。

方案二：

如图5所示，所述下行链路中下行第一隔离器36、下行第二隔离器38输入接收来自光纤水听器阵列17的光信号，其输出分别和下行链路下行第一波分复用器B35、下行第二波分复用器B39的第一输入连接。所述下行第一波分复用器B35、下行第二波分复用器B39的第二输入和第二泵浦激光器组16输出相连，其输出和下行第一放大模块28、下行第二放大模块40的输入相连。所述下行第一波分复用器A27、下行第二波分复用器A30的第一输入和下行第一放大模块28、下行第二放大模块40的输出相连，其第二输入和所述上行第一耦合器24、上行第二耦合器34的第二输出相连，即含有光纤水听器阵列17的光信号经放大后和链路检测用背向散射光合波输出至岸站。

优选的，所述第一下行光路13的下行第一波分复用器A27、第二下行光路14的下行第二波分复用器A30的第二输入应选择只可透过用于海光缆相干检测用的波长窗口，即可滤除光纤水听器阵列17用的激光波长，其第一输入的波长选择应可透过除第二输入波长以外的其余波长窗口。

通过双泵浦激光器并联耦合分配进入两个上行光路，避免了光纤水听器阵列中上下行光路的光功率差异大导致泵浦激光器难以耦合分配的问题，同时采用波分复用器将上行光路中继放大后的背向散射光耦合进入下行光路，将光纤水听器阵列用的激光波长的背向散射光滤除，避免进入下行光路和水听器阵列返回的光信号同频叠加，引入干涉噪声。

上述实施例对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡根据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，其特征在于：包括第一上行光路(11)、第二上行光路(12)、第一下行光路(13)、第二下行光路(14)、第一泵浦激光器组(15)和第二泵浦激光器组(16)，第一上行光路(11)、第二上行光路(12)分别和第一下行光路(13)、第二下行光路(14)形成光纤水听器阵列的两对空分光路；第一上行光路(11)和第二上行光路(12)通过第一泵浦激光器组(15)相连，第一下行光路(13)和第二下行光路(14)通过第二泵浦激光器组(16)相连。

2.根据权利要求1所述的用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，其特征在于：所述第一上行光路(11)包含依次连接的上行第一隔离器(21)、上行第一波分复用器(22)、上行第一放大模块(23)、上行第一耦合器(24)，第二上行光路(12)包含依次连接的上行第二隔离器(31)、上行第二波分复用器(32)、上行第二放大模块(33)、上行第二耦合器(34)；第一下行光路(13)包含下行第一放大模块(28)、下行第一波分复用器A(27)、下行第一隔离器(36)、下行第一波分复用器B(35)，第二下行光路(14)包含下行第二波分复用器A(30)、下行第二隔离器(38)、下行第二波分复用器B(39)、下行第二放大模块(40)；所述第一上行光路(11)通过上行第一耦合器(24)的第二输出和第一下行光路(13)的下行第一波分复用器A(27)的第二输入相连接；第二上行光路(12)通过上行第二耦合器(34)的第二输出和第二下行光路(14)的下行第二波分复用器A(30)的第二输入相连接。

3.根据权利要求1所述的用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，其特征在于：所述第一泵浦激光器组(15)包含一个上行耦合器(26)和两个上行泵浦激光器(25)，两个上行泵浦激光器(25)通过一个上行耦合器(26)并联耦合输出；第二泵浦激光器组(16)包含一个下行耦合器(37)和两个下行泵浦激光器(29)，两个下行泵浦激光器(29)通过一个下行耦合器(37)并联耦合输出。

4.根据权利要求3所述的用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，其特征在于：所述第一泵浦激光器组(15)与第二泵浦激光器组(16)相比较具有更高的输出光功率。

5.根据权利要求2所述的用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，其特征在于：所述上行第一放大模块(23)、上行第二放大模块(33)、下行第一放大模块(28)、下行第二放大模块(40)各自包括用于光信号增益的掺铒光纤，具有用于增益平坦滤波、光信号输入和增益放大输出功率探测、输出光信号单向隔离的功能；所述上行第一放大模块(23)、上行第二放大模块(33)与第一泵浦激光器组(15)配合使用，下行第一放大模块(28)、下行第二放大模块(40)与第二泵浦激光器组(16)配合使用。

6.根据权利要求2所述的用于光纤水听器阵列的中继放大耦合光路，其特征在于：所述第一下行光路(13)的下行第一波分复用器A(27)、第二下行光路(14)的下行第二波分复用器A(30)的第二输入应选择只可透过用于海光缆相干检测用的波长窗口，其第一输入的波长选择应可透过除第二输入波长以外的其余波长窗口。

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