共用光源的多备份的OTDR光放大装置的制作方法

本实用新型涉及光纤通信领域，尤其是一种光纤通信领域中用到的一种共用光源的多备份的OTDR光放大装置。

背景技术：

光时域反射仪（OTDR）的英文全称是Optical Time Domain Reflectometer。OTDR是利用光信号在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。

现阶段长途传输系统一般都离不开掺铒光纤放大器，拉曼光放大器或者两者结合在一起构成的混合光纤放大器等。在具体的传输系统开通之前，在接入拉曼光放大器之前，一般的做法是用OTDR仪表预先检测一下光纤的状况，确认接头，光纤衰减都是正常值之后，才能接入光放大器。在长距离传输现场应用中，光通信设备组网时需要采购专用的OTDR和配套测试装置，对连接的光纤进行测试和监控。光时域反射仪（OTDR）通过直连光纤或利用特定波长光脉冲插入光纤进行测试，测试组网方案复杂，OTDR设备价格高昂。以上因素导致带监测光纤功能的光网络维护的复杂性高、成本高。而且OTDR设备属于贵重设备，其内置的激光器光源一旦损坏，就需要更换OTDR设备，使得光网络维护成本进一步提高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种共用光源的多备份的OTDR光放大装置，在光放大装置工作之前，可以先开启OTDR工作模式，以检测传输光纤的损耗状况，确认传输光纤状况良好之后开启光放大器工作模式；本实用新型减少了昂贵的OTDR设备，共用泵浦激光器光源实现了光放大装置内置OTDR功能，而且备份光源增加了OTDR的可靠性，却无需额外的开支；本实用新型采用的技术方案是：

一种共用光源的多备份的OTDR光放大装置，包括：主控单元、数据采集处理单元、激光器控制驱动单元、N个泵浦激光器构成的泵浦激光器组合单元、光开关控制矩阵、Nx1光开关、光学环形器、输出光开关、泵浦合束器MUX；所述光开关控制矩阵中设有N个1x2光开关；N≥2；

激光器控制驱动单元中包括模式选择开关矩阵和激光器控制驱动矩阵；激光器控制驱动矩阵中设有N个驱动单元；主控单元连接并控制模式选择开关矩阵；模式选择开关矩阵的N个输出端分别连接控制激光器控制驱动矩阵中的N个驱动单元；激光器控制驱动矩阵中的各驱动单元分别连接浦激光器组合单元中各个相应的泵浦激光器；

光开关控制矩阵中的1x2光开关包含一个输入端和两个选择输出端；光开关控制矩阵连接并受控于主控单元，用于切换1x2光开关的输入端与两个选择输出端之一连接；各个1x2光开关的输入端分别与泵浦激光器组合单元中的各泵浦激光器输出端对应连接；各个1x2光开关的一个选择输出端分别与Nx1光开关的各输入端连接，各个1x2光开关的另一个选择输出端分别与泵浦合束器MUX的各输入端连接；1x2光开关的输入端与一个选择输出端连接时，该1x2光开关切换为OTDR工作档位；1x2光开关的输入端与另一个选择输出端连接时，该1x2光开关切换为光放大器工作档位；

Nx1光开关连接并受控于主控单元；Nx1光开关包括N个输入端和一个输出端；

光学环形器包括1a、2a、3a三个端口；

输出光开关连接并受控于主控单元，输出光开关包括1b、2b输入端口和3b输出端口；

Nx1光开关的输出端连接光学环形器的1a端口，光学环形器的2a端口连接输出光开关的1b输入端口；光学环形器的3a端口连接数据采集处理单元的输入端；数据采集处理单元的输出端连接主控单元；

泵浦合束器MUX的输出端通过隔离器连接输出光开关的2b输入端口；或者具有隔离能力的泵浦合束器的输出端直接连接输出光开关的2b输入端口；

输出光开关的3b输出端口连接传输光纤。

进一步地，

主控单元包括相互连接的MCU和FPGA控制器；FPGA控制器通过控制总线连接数据采集单元；数据采集处理单元的输出端通过数据总线连接FPGA控制器；MCU分别连接并控制光开关控制矩阵中的N路1x2光开关、输出光开关和Nx1光开关；MCU还连接并控制激光器控制驱动单元；FPGA控制器连接并控制激光器控制驱动单元；

该共用光源的多备份的OTDR光放大装置包括两种工作模式；OTDR工作模式和光放大器工作模式；

当工作模式为OTDR工作模式时，MCU选择激光器控制驱动矩阵中与作为OTDR光源的泵浦激光器所对应的驱动单元工作，并关闭其它泵浦激光器的驱动单元；同时根据用户所选或系统默认，选择作为OTDR光源的泵浦激光器，将所选泵浦激光器对应的1x2光开关切换至OTDR工作档位；选通Nx1光开关中该所选泵浦激光器对应的通道，控制输出光开关的1b输入端口与3b输出端口接通；同时，切换模式选择开关矩阵中该所选泵浦激光器对应的模式选择开关，将该所选泵浦激光器的驱动方式切换为OTDR用脉冲发射方式；其后，根据所测传输光纤链路的长度，设置所需的光脉冲幅度、脉宽及采样次数，通过数据总线将所设参数传给FPGA控制器并启动FPGA控制器，FPGA控制器控制该所选泵浦激光器的驱动单元，使得泵浦激光器输出光脉冲信号；该光脉冲信号依次通过光开关矩阵中对应的1x2光开关、Nx1光开关、光学环形器1a->2a端口、输出光开关，进入传输光纤；传输光纤中的各种接头损耗或是光纤损伤带来的瑞利散射或菲涅耳反射通过输出光开关和光学环行器2a->3a端口返回到数据采集处理模块中；数据采集处理模块接收该散射/反射光信号，将光信号转换为电信号后送至FPGA控制器进行数据采样；FPGA控制器将读取的数据传送给MCU，MCU接收到数据后进行数据处理，以获得传输光纤链路的检测结果；

当工作模式为光放大器工作模式时，MCU将N个1x2光开关切换为光放大器工作档位，控制输出光开关的2b输入端口与3b输出端口接通；同时，切换模式选择开关矩阵中的模式选择开关，将所有泵浦激光器驱动方式切换为光放大器用激光器驱动方式；其后，MCU检查满足开泵条件时，控制各泵浦激光器开启到预设的泵浦功率。

进一步地，

数据采集处理单元包括依次连接的光电接收器模块、高增益信号放大模块、隔离及滤波电路、AD转换电路、数据存储单元；其中高增益信号放大模块、AD转换电路、数据存储单元受控于主控单元；

数据采集处理模块中光电接收器模块接收该散射/反射光信号，将光信号转换为电信号后经高增益放大电路模块放大，转换为AD转换电路所需范围内的电信号；

与此同时，FPGA控制器控制AD转换电路开始采样，将采样到的电信号转换为数字信号后传送给数据存储单元，待一次光纤线路扫描完成后，FPGA分段读取数据存储单元中的数据，并通过数据总线将读取的数据传送给MCU，MCU接收到数据后进行数据处理，并根据所设置采样次数，FPGA控制器不断执行上述过程，待所有采样过程完成后，MCU分析所获取的全部数据以获得传输光纤链路的检测结果。

进一步地，

OTDR工作模式时，若所选作为OTDR光源的泵浦激光器i或者其对应驱动单元出现故障，主控单元自动按照预定的顺序自动切换泵浦激光器和对应驱动单元。

进一步地，

若当前所选作为OTDR光源的泵浦激光器i或者其对应驱动单元出现故障，自动切换时的顺序按照i+1至N，1至i-1。

进一步地，

光放大器工作模式时需要满足的开泵条件：根据检测结果确定传输光纤状态正常，且OTDR光放大装置温度，各泵浦激光器管芯温度，散射/反射光信号功率这些判断因素都没有告警，输入光信号大于阈值，且OTDR光放大装置处于放大器使能状态。

进一步地，

在光学环形器中，光只能循1a->2a->3a方向单向传输。

进一步地，

光学环形器用光纤耦合器代替。

本实用新型的优点在于：本实用新型选取某个泵浦激光器同时作为OTDR光源共用，不仅节省了昂贵的OTDR的设备成本，而且可以在线实时监测光纤线路的损耗，及时触发告警。除此之外，OTDR共用光源还是多备份的，当前OTDR光源出现故障之后，主控单元会根据反馈信息设置相应的备份光源为OTDR光源，OTDR检测业务不会中断。

附图说明

图1为本实用新型的结构组成示意图。

图2为本实用新型的激光器控制驱动单元结构示意图。

图3为本实用新型的光开关控制矩阵中的1x2光开关示意图。

图4为本实用新型的主控单元结构示意图。

图5为本实用新型的数据采集处理单元结构示意图。

图6为本实用新型控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提出一种共用光源的多备份的OTDR光放大装置，如图1所示，包括：主控单元、数据采集处理单元、激光器控制驱动单元、N个泵浦激光器构成的泵浦激光器组合单元、光开关控制矩阵、Nx1光开关、光学环形器、输出光开关、泵浦合束器MUX；所述光开关控制矩阵中设有N个1x2光开关；N≥2；

如图2所示，激光器控制驱动单元中包括模式选择开关矩阵和激光器控制驱动矩阵；激光器控制驱动矩阵中设有N个驱动单元；主控单元连接并控制模式选择开关矩阵；模式选择开关矩阵的N个输出端分别连接控制激光器控制驱动矩阵中的N个驱动单元；激光器控制驱动矩阵中的各驱动单元分别连接浦激光器组合单元中各个相应的泵浦激光器；

泵浦激光器可采用拉曼泵浦激光器，其类型一般为半导体泵浦激光器，输出激光采用保偏方式。泵浦波长一般为14xxnm。如果是二阶拉曼放大器，泵浦波长还可以是13xxnm。泵浦激光器还可以选用EDFA泵浦激光器；拉曼泵浦激光器和EDFA泵浦激光器都属于半导体泵浦激光器；本实用新型可构成带OTDR功能的拉曼光放大器或EDFA光放大器等；

泵浦激光器组合单元中的某一个泵浦激光器作为共用光源，既用作OTDR光源，也用作光放大器光源；共用光源是泵浦激光器组合单元中的任何一个泵浦激光器，并没有特指性，它可以是泵浦激光器组合单元中泵浦激光器1～N中的任何一个；实际操作的时候，这些泵浦激光器是采取类似并联实现方式，用户可以指定某一泵浦激光器作为OTDR光源的激光器，也可以采用系统默认的选项；这样当某一个被第一选做OTDR光源的泵浦激光器发生故障后，系统自动切换下一泵浦激光器作为OTDR光源的激光器，并自动上报泵浦激光器异常信息，这样，内置的OTDR功能不受影响；作为共用光源的泵浦激光器都是在OTDR光源上都是互为备份的关系。

光开关(Optical Switch,OS)是一种具有一个或多个可选择的传输窗口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。其最基本形式有1×2路，2×2路光开关等。

如图3所示，光开关控制矩阵中的1x2光开关包含一个输入端和两个选择输出端；光开关控制矩阵连接并受控于主控单元，用于切换1x2光开关的输入端与两个选择输出端之一连接；各个1x2光开关的输入端分别与泵浦激光器组合单元中的各泵浦激光器输出端对应连接；各个1x2光开关的一个选择输出端分别与Nx1光开关的各输入端连接，各个1x2光开关的另一个选择输出端分别与泵浦合束器MUX的各输入端连接；

1x2光开关的输入端与一个选择输出端1连接时，该1x2光开关切换为OTDR工作档位；1x2光开关的输入端与另一个选择输出端2连接时，该1x2光开关切换为光放大器工作档位；

Nx1光开关连接并受控于主控单元；Nx1光开关包括N个输入端和一个输出端；N×1光开关用于实现OTDR光源多备份的功能；由主控单元根据传输系统需求确定泵浦激光器和N×1光开关的对应路径选通作为OTDR光源的泵浦激光器；

光学环形器包括1a、2a、3a三个端口；在光学环形器中，光只能循1a->2a->3a方向单向传输；在实际应用中，光学环形器也可以用光纤耦合器代替；

输出光开关连接并受控于主控单元，输出光开关包括1b、2b输入端口和3b输出端口；输出光开关用于切换OTDR工作模式和光放大器工作模式；

Nx1光开关的输出端连接光学环形器的1a端口，光学环形器的2a端口连接输出光开关的1b输入端口；光学环形器的3a端口连接数据采集处理单元的输入端；数据采集处理单元的输出端连接主控单元；

泵浦合束器MUX用于将不同波长的泵浦激光器输出的激光合成一束；泵浦合束器MUX一般为薄膜滤波器类型，此时需要在其后连接一个隔离器；泵浦合束器MUX的输出端通过隔离器连接输出光开关的2b输入端口；泵浦合束器MUX也可以是隔离偏振泵浦合束器，用于合成相同波长的激光功率，同时具有隔离反射信号的能力，防止反射信号反馈到激光器谐振腔中影响泵浦激光器的输出稳定性，此时就无需设置额外的隔离器；

输出光开关的3b输出端口连接传输光纤/增益介质；

如图4所示，主控单元包括相互连接的MCU和FPGA控制器；MCU和FPGA控制器之间的连接线路包括地址总线和数据总线；FPGA控制器通过控制总线连接数据采集单元；数据采集处理单元的输出端通过数据总线连接FPGA控制器；其中MCU可选用ARM处理器或其它的微处理器；MCU分别连接并控制光开关控制矩阵中的N路1x2光开关、输出光开关和Nx1光开关；MCU还连接并控制激光器控制驱动单元；FPGA控制器连接并控制激光器控制驱动单元；

如图5所示，数据采集处理单元包括依次连接的光电接收器模块、高增益信号放大模块、隔离及滤波电路、AD转换电路、数据存储单元；其中高增益信号放大模块、AD转换电路、数据存储单元受控于主控单元；光电接收器模块由高响应度的光电探测器APD及其偏压电路组成，APD将接收到的光信号转换为对应强度的电流信号输出；高增益信号放大模块将接收到的电流信号转换为电压信号并进行相应的放大；滤波及隔离电路将放大后的电压信号进行滤波并隔离高增益信号放大模块及AD转换电路；AD转换电路在主控单元的控制之下将接收到的电压信号转换为数字信号后传送给数据存储单元；数据存储单元存储相应的数字信号并提供给主控单元使用；

该共用光源的多备份的OTDR光放大装置包括两种工作模式：OTDR工作模式和光放大器工作模式；如图6所示；

当工作模式为OTDR工作模式时，MCU选择激光器控制驱动矩阵中与作为OTDR光源的泵浦激光器所对应的驱动单元工作，并关闭其它泵浦激光器的驱动单元；同时根据用户所选或系统默认，选择作为OTDR光源的泵浦激光器，将所选泵浦激光器对应的1x2光开关切换至OTDR工作档位；选通Nx1光开关中该所选泵浦激光器对应的通道，控制输出光开关的1b输入端口与3b输出端口接通；

同时，切换模式选择开关矩阵中该所选泵浦激光器对应的模式选择开关，将该泵浦激光器的驱动方式切换为OTDR用脉冲发射方式；其后，根据所测传输光纤链路的长度，设置所需的光脉冲幅度、脉宽及采样次数，通过数据总线将所设参数传给FPGA控制器并启动FPGA控制器，FPGA控制器控制该所选泵浦激光器的驱动单元，使得泵浦激光器输出光脉冲信号；该光脉冲信号依次通过光开关矩阵中对应的1x2光开关、Nx1光开关、光学环形器1a->2a端口、输出光开关，进入传输光纤/增益介质；传输光纤中的各种接头损耗或是光纤损伤带来的瑞利散射或菲涅耳反射通过输出光开关和光学环行器2a->3a端口返回到数据采集处理模块中；数据采集处理模块中光电接收器模块接收该散射/反射光信号，将光信号转换为电信号后经高增益放大电路模块放大，转换为AD转换电路所需范围内的电信号；

与此同时，FPGA控制器控制AD转换电路开始采样，将采样到的电信号转换为数字信号后传送给数据存储单元，待一次光纤线路扫描完成后，FPGA分段读取数据存储单元中的数据，并通过数据总线将读取的数据传送给MCU，MCU接收到数据后进行数据处理，并根据所设置采样次数，FPGA控制器不断执行上述过程，待所有采样过程完成后，MCU分析所获取的全部数据并上报传输光纤链路损耗及各种事件等；

如果选作OTDR光源的泵浦激光器出现故障，此时数据采集处理单元的输入即OTDR检测端得不到任何的散射/反射光信号，假设此时作为OTDR光源的泵浦激光器编号为i，则可以认为该泵浦激光器或其驱动单元出现了问题，系统自动按照i+1至N，1至i-1的顺序自动切换泵浦激光器和对应驱动单元并进行测试，同时，自动上报出现问题的泵浦激光器编号及可能导致问题的原因。

当MCU得到正确的传输光纤损耗和衰减数据之后，就可以判断是否满足开泵条件；首先需要确认传输光纤状态正常；进一步判断的因素还有OTDR光放大装置温度，各泵浦激光器管芯温度，散射/反射光信号功率，输入光信号大于阈值，OTDR光放大装置是否处于放大器使能（Enable）状态等；如果这些判断因素都没有告警，那么可以启动光放大器工作模式；

当工作模式为光放大器工作模式时，MCU将N个1x2光开关切换为光放大器工作档位，控制输出光开关的2b输入端口与3b输出端口接通；同时，切换模式选择开关矩阵中的模式选择开关，将所有泵浦激光器驱动方式切换为光放大器用激光器驱动方式；其后，MCU检查满足开泵条件时，控制各泵浦激光器开启到预设的泵浦功率；若不满足开泵条件，则上报告警信息；若传输光纤检测不正常，则MCU上报光纤链路异常信息；

当发现系统中增益控制或者输出功率不正常的时候，此时有可能泵浦激光器已经触发关泵操作。为了详细的获知故障的原因，此时并不需要切断光纤， 而只需要主控单元控制光学开关、模式切换开关按照上述描述切换到OTDR脉冲发射模式判断光纤故障情况既可。以上过程都是远程机房操控的。 而不需要派人员持OTDR仪器到现场进行切断光纤，接入OTDR仪器。