CN100409508C - 布置在海底光学传输系统的通用光缆接头中的光学放大器模块 - Google Patents
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Abstract
一种光学放大器模块包含至少一个光学放大器。所述模块包括内壳体，其中，所述内壳体的外径与海底光缆接头的内部光纤接合处壳体的外径基本相同。内壳体包括一对相反端面，所述端面每一个都具有用于在海底光缆接头的外壳体内保持内壳体的保持元件。内壳体还包括与相反端面互连并且在纵向方向上在相反端面之间延伸的侧壁。侧壁包括容器部分，所述容器部分具有多个通孔，每一个所述通孔的尺寸能容纳在光学放大器中使用的无源光学部件。
Description
相关专利申请申明
本专利申请要求对2002年11月19日提交的题为“布置在通用光缆接头中的光学放大器模块”的美国临时专利申请60/427769享有优先权。
技术领域
本发明涉及光学中继器领域，并更具体地涉及在海底光学传输系统中使用的光学中继器。
背景技术
在海底光学传输系统中，通过光缆传输的光学信号随着光缆的长度而衰减，其中，光缆可跨越几千英里。为了补偿此信号衰减，沿着光缆长度在关键位置上布置光学中继器。
在典型的光学中继器中，传送光学信号的光缆进入中继器，并且，在光缆离开中继器之前通过至少一个放大器和各种组件而与中继器耦合，其中，所述各种组件例如为光耦合器和退耦器。这些光学组件通过光纤互相耦合。中继器容纳于密封结构中，该结构保护中继器免受环境损害。在铺设过程中，光缆盘绕到位于轮船上的滚筒上。从而，中继器随着光缆而缠绕到滚筒上。由于信号的性质，并且在光纤中传输的信息量不断增加，中继器变得越来越大，并且，当中继器盘绕到滚筒上时，中继器增加的长度产生问题。尽管滚筒的直径高达9-12英尺，但是，当前中继器的长度大于5英尺，从而，中继器不能沿着滚筒展平，或者甚至是基本平直的。在中继器和其所连接光缆之间的连接点受到因高达约100000磅的力而产生的巨大应力，尤其是在光缆的放出和卷绕过程中更是如此。由于在光缆与中继器的末端在光缆上作用严重的局部弯曲，因而在光缆上产生非等轴负荷。当负荷比光缆本身的抗拉强度低很多时，此负荷不可避免地导致光缆组件故障。
为了在中继器的铺设过程中防止光缆故障，经常设置弯曲限制器，其目的是使作用到光缆上的力均匀。另外，在中继器连接弯曲限制装置的每个纵向端设置万向节。万向节在两个方向上提供自由的角运动。在中继器和弯曲限制装置之间，万向节所允许的弯曲角进一步减小作用到光缆上的局部弯曲。
常规中继器的大物理尺寸增加它们的复杂性和成本，同时在它们的铺设过程中导致困难。
发明内容
根据本发明，提供一种包含至少一个光学放大器的光学放大器模块。所述模块包括内壳体，其中，所述内壳体的外径与海底光缆接头的内部光纤接合处壳体的外径基本相同。内壳体包括一对相反端面，所述端面每一个都具有用于在海底光缆接头的外壳体内保持内壳体的保持元件。内壳体还包括与相反端面互连并且在纵向方向上在相反端面之间延伸的侧壁。侧壁包括容器部分，所述容器部分具有多个通孔，每一个所述通孔的尺寸能容纳在光学放大器中使用的无源光学部件。
根据本发明的一个方面，多个通孔在纵向方向上横向延伸穿过侧壁的容器部分。
根据本发明的另一方面，内壳体具有大致为圆柱形的形状。侧壁的容器部分具有定义圆柱形状直径的曲率。
根据本发明的另一方面，海底光缆接头是用于接合具有不同配置的光缆的通用接头。
根据本发明的另一方面，通用接头包括一对光缆终端单元，在光缆终端单元中分别保持将被接合的光缆的端部。保持元件每一个都可与一个光缆终端单元连接。
根据本发明的另一方面，保持元件每一个都包括法兰，至少一根光纤从一根光缆的端部延伸通过所述法兰，延伸到内壳体中。
根据本发明的另一方面，在内壳体中布置光纤存放区。
根据本发明的另一方面，提供用于支撑至少一个电路板的支撑部件，在电路板上布置与光学放大器有关的电子元件。
根据本发明的另一方面，光纤存放区包括至少一个光纤线轴，光纤可缠绕在光纤线轴上。
根据本发明的另一方面，内壳体由一对半单元形成，所述每一个半单元都具有在包含纵向方向的纵向平面中延伸的配合面。半单元沿着配合面而互相连接。
根据本发明的另一方面，支撑电路板的支撑部件布置得使电路板和配合面形成基本连续的平面。
根据本发明的另一方面，支撑部件由从配合面向内延伸并向下凹陷的凸缘确定。
根据本发明的另一方面，侧壁包括一对从侧壁的容器部分纵向延伸的筋状部件。筋状部件每一个都具有在纵向方向横向贯穿延伸的抗拉棒通孔，所述抗拉棒通孔用于支撑海底光缆接头所用的抗拉棒。
根据本发明的另一方面，内壳体的外径小于约15cm×50cm。
根据本发明的另一方面，内壳体的外径为约7.5cm×15cm。
附图说明
图1示出海底光缆的实例。
图2示出用于连接在海底光学电信系统中使用的光缆的通用光缆接头的简化示意图。
图3示出从Global Marine Systems Limited和the Universal JointConsortium得到的通用光缆接头的具体实例。
图4示出根据本发明构造的光学放大器模块的透视图。
图5和6示出形成图4所示光学放大器模块的半单元之一的不同透视图。
具体实施方式
本发明人已经认识到：通过首先减小中继器的长度而实现非常小的中继器，从而，在铺设过程中作用到中继器上的应力大大减小，由此取消万向节。万向节的取消又允许进一步减小中继器的尺寸。
本发明人进一步认识到：尺寸充分减小的中继器可容纳于由适合海底环境的现成组件形成的单元内。具体地，本发明人已经认识到：通常用于互连不同海底光缆的壳体也可用作形状因数极小的中继器壳体。如以下所讨论的，一个这样的壳体，通常称作万用接头，事实上已经成为用于保持海底电缆的全球标准，并且有非常长的成功铺设历史。本发明因而提供一种中继器，由于中继器尺寸小，因此容易铺设并且位于经济、合格的海底壳体中，其中，已经在海底光学通信行业中良好地建立该壳体。而且，由于通用接头可互连不同的光缆，因此，中继器可用于与不同制造商的各种光缆和系统接口。
为有助于理解本发明，结合图1描述海底光缆的实例。虽然不同的光缆制造商使用具有不同配置和尺寸的光缆，但不管使用什么形式，大多数光缆都使用图1所示的大部分组件。光缆330包括一根位于中央的填充凝胶的缓冲管332，缓冲管332由诸如铝或不锈钢的金属制成。填充凝胶的缓冲管332包含光纤335。在一些情况下，缓冲管332用位于中央的主钢丝替代，其中，主钢丝被嵌入在聚合物中的光纤围绕。用作强度部件的两层绞合线缠绕在缓冲管上。一层包括绞合线338，另一层包括绞合线339。铜导体340围绕绞合线，并用作电导体和气密性阻挡层。由聚乙烯形成的外护套342封装铜导体340，并用作绝缘层。
图2示出用于连接在海底光学电信系统中使用的光缆的通用光缆接头的简化示意图。此接头称作通用光缆接头，因为它能互连许多不同类型的海底光学电信电缆，而与制造商无关。光缆接头包括公共部件组合体10，光纤接合处位于此公共部件组合体10内。光纤接合处由分别来自两根光缆的两根光纤形成，每根光缆都终止于光缆终端单元12内。保护组件15围绕公共部件组合体10和光缆光缆终端单元12，以提供保护而不受外部环境损害。
图3示出从Global Marine Systems Limited和the Universal JointConsortium得到的通用光缆接头的具体实例，如前所述，通用光缆接头经常简称为通用接头。在图2和3以及后续图中，相同的参考号表示相同的元件。在图3中，图2所示保护组件15包括围绕公共部件组合体10的不锈钢套管14以及模制在公共部件组合体10上的聚乙烯套管16。不锈钢套管14提供对拉伸、扭转和压缩负载的抵抗，并进一步提供导电路径，通过此导电路径，电功率可从一根光缆的铜导体传送到另一根光缆的铜导体。
通过剥去光缆的各层以暴露预定长度的外护套、铜导体、绞合线和光纤封装(如包含光纤的缓冲管或被光纤围绕的主钢丝)，从而开始接合过程。绞合线夹在位于光缆终端单元12内的金属箍中。光纤封装延伸进入到公共部件组合体10中，在这，光纤封装因一系列的夹子而固定到位。在公共部件组合体10中，分离各根光纤并接合到另一光缆的相应光纤。接合处以及多余的光纤被打成环，并缠绕在公共部件组合体10内所形成的通道中。公共部件组合体10插入到不锈钢套管14中，并且，端帽13拧到组合体10的每一端上。两根抗拉棒17和19延伸通过端帽13和公共部件组合体10。当接头从轮船传送到海底环境时，抗拉棒17和19设计为承载铺设过程中作用到通用接头上的拉伸负荷。最后，接头放置在用熔化聚乙烯注模的模制品(即，聚乙烯套管16)中，以提供绝缘，其中，所述模制品与光缆的外护套是连续的。
本发明人已经认识到：可修改诸如图2-3所示通用光缆接头的光缆接头，以用作其中布置1个或多个光学放大器的中继器壳体。图4-6示出取代图1-4所示公共部件组合体10的光学放大器模块400的一个实施例。光学放大器模块400必须具有与公共部件组合体基本相同的尺寸，仅为约7.5cm×15cm。如前所述，此尺寸远远小于常规中继器壳体的尺寸，常规中继器壳体的长度经常是几英尺。图中所示光学放大器模块400可支持4个掺铒光纤放大器(EDFA)，所述EDFA物理分组为用于两对光纤之一的双工放大器单元。当然，本发明包含可支持任意数量EDFA的光学放大器模块。
每个光学放大器都包括掺铒光纤、光泵源、绝缘体和增益平坦滤波器(GFF)。交叉耦合的泵浦激光器对放大器进行单级前向泵浦。如果两个泵浦激光器之一发生故障，3dB耦合器就允许双工放大器中的两个掺铒光纤线圈被泵浦。在输出端，绝缘体避免背散射光进入放大器。增益平坦滤波器设计为在设计输入功率下使放大器增益平坦化。可提供另外的光路，以允许任一光纤中的背散射光的滤波部分反向耦合到相反方向，实现COTDR型线路监控。当然，光学放大器模块400可支持具有不同配置的EDFA如多级放大器、前向和反向泵浦放大器、以及使用除铒之外其它稀土元素的光纤放大器。
光学放大器模块400设计为与光缆接头的其余部分兼容，从而，它连接到光缆终端单元12，并以与公共部件组合体10相同的方式装配到不锈钢套管14内。
图4示出光学放大器模块400的透视图。模块400由大致为圆柱形的结构定义，其中，该结构具有位于相反端面403上的法兰402。法兰402与图3所示通用接头的光缆终端单元12紧密配合。通孔407从端面403向内延伸，通过所述通孔407而插入通用接头的抗拉棒。端面403还包括用于把通用接头的端帽13紧固到光学放大器模块400上的间隙孔430。间隙孔430位于与连接抗拉棒通孔407的直线正交的直线上。
纵向平面405延伸通过光学放大器模块400，由此把模块400平分为两个半单元4041和4042，其中，半单元4041和4042相对与纵向平面405正交的旋转轴是对称的。也就是说，不是把端面403划分为位于不同半单元404上的两个部分，而是每个半单元404都包括其上布置各个法兰402的一个端面403的部分。图5示出单元404之一的透视图。在图4-6所示本发明实施例中，每个半单元404都容纳两个掺铒光纤放大器。
如图5所示，每个单元404都包括形成半圆柱体的曲面侧壁412，其中，曲面侧壁412确定圆柱体结构的一部分。脊柱部件406与曲面侧壁412成为整体并与其相切，而且从此纵向延伸。包含通用接头抗拉棒的通孔407延伸穿过脊柱部件406。配合面408在纵向平面405中沿着单元404的周围延伸。在组装光学放大器模块400时，单元4041的配合面408与其对应单元4042的配合面408接触。错齿410位于配合面408上，用于使两个单元互相正确地对准。电路板支撑凸缘416从配合面408向内径向布置。支撑凸缘416相对于配合面408是凹陷的，从而，当电路板放置在支撑凸缘416上时(参见图6)，电路板与配合面408形成连续平面。布置在电路板支撑凸缘416与脊柱部件406之间的单元404的内腔用作光纤存放区。光纤线轴420布置在光纤存放区内脊柱部件406的内表面上。掺铒光纤以及任何多余的光纤缠绕在光纤线轴420上。光纤线轴420的外径至少大得足以防止光纤的弯曲超过其最小指定弯曲半径。
曲面侧壁412的厚度足以支持沿纵向方向延伸穿过多个通孔418。通孔418作为光学放大器无源部件的容器。也就是说，每个容器418可包含诸如绝缘体、增益平坦滤波器、耦合器等的部件。螺丝孔422设置在侧壁412的内表面中，其中，螺钉插入到螺丝孔422中，以便在各个容器418中摩擦紧固无源部件。
一对泵支撑部件424位于支撑凸缘416与端面403相邻的一侧上。支撑部件424布置在法兰402的相反侧上。从图6最容易看清楚，电路板426具有切口，从而，当电路板426放置在支撑凸缘416上时，电路板426套在支撑部件424上。在电路板426就位之后，在支撑部件424上安装为每个光学放大器提供泵浦能量的泵源427。紧固到端面403上的散热器428与每个泵源接触，以便把泵源427产生的热量向外导出。
Claims (45)
1. 一种包含至少一个光学放大器的光学放大器模块，所述模块包括：
内壳体，其中，所述内壳体的外径与海底光缆接头的内部光纤接合处壳体的外径相同，所述内壳体包括：
一对相反端面，所述端面每一个都具有用于在所述海底光缆接头的外壳体内保持内壳体的保持元件；
与所述相反端面互连并且在纵向方向上在所述相反端面之间延伸的侧壁，所述侧壁包括容器部分，所述容器部分具有多个通孔，每一个所述通孔的尺寸能容纳在光学放大器中使用的无源光学部件。
2. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，所述多个通孔在纵向方向上延伸穿过侧壁的所述容器部分。
3. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，所述内壳体具有为圆柱形的形状，侧壁的所述容器部分具有定义圆柱形状直径的曲率。
4. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，海底光缆接头是用于接合具有不同配置的光缆的通用接头。
5. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，所述光缆接头包括一对光缆终端单元，在所述光缆终端单元中分别保持将被接合的光缆的端部，所述保持元件每一个都可与一个光缆终端单元连接。
6. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，所述保持元件每一个都包括法兰，至少一根光纤从一根光缆的端部延伸通过所述法兰，延伸到内壳体中。
7. 如权利要求1所述的光学放大器模块进一步包括位于所述内壳体中的光纤存放区。
8. 如权利要求1所述的光学放大器模块进一步包括用于支撑至少一个电路板的支撑部件，在电路板上布置与光学放大器有关的电子元件。
9. 如权利要求7所述的光学放大器模块，其中，所述光纤存放区包括至少一个光纤线轴，光纤可缠绕在光纤线轴上。
10. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，所述内壳体由一对半单元形成，所述每一个半单元都具有在包含纵向方向的纵向平面中延伸的配合面，所述半单元沿着所述配合面而与另一个互相连接。
11. 如权利要求8所述的光学放大器模块，其中，支撑电路板的所述支撑部件布置得使电路板和配合面形成连续的平面。
12. 如权利要求11所述的光学放大器模块，其中，所述支撑部件由从所述配合面向内延伸并向下凹陷的凸缘确定。
13. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，所述侧壁包括一对从侧壁的容器部分纵向延伸的脊柱部件，所述脊柱部件每一个都具有在纵向方向贯穿延伸的抗拉棒通孔，所述抗拉棒通孔用于支撑海底光缆接头所用的抗拉棒。
14. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，内壳体的外径小于15cm×50cm。
15. 如权利要求1所述的光学放大器模块，其中，内壳体的外径为7.5cm×15cm。
16. 一种气密性密封的海底光缆接头，其具有光学放大器模块，所述光学放大器模块包括：
保护套管；
位于所述保护套管内的内壳体，所述内壳体包括：
一对相反端面，所述端面每一个都具有用于在所述海底光缆接头的外壳体内保持内壳体的保持元件；以及
与所述相反端面互连并且在纵向方向上在所述相反端面之间延伸的侧壁，所述侧壁包括容器部分，所述容器部分具有多个通孔，每一个所述通孔的尺寸能容纳在光学放大器中使用的无源光学部件。
17. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，所述多个通孔在纵向方向上延伸穿过侧壁的所述容器部分。
18. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，所述内壳体具有为圆柱形的形状，侧壁的所述容器部分具有定义圆柱形状直径的曲率。
19. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，海底光缆接头是用于接合具有不同配置的光缆的通用接头。
20. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，所述光缆接头包括一对光缆终端单元，在所述光缆终端单元中分别保持将被接合的光缆的端部，所述保持元件每一个都可与一个光缆终端单元连接。
21. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，所述保持元件每一个都包括法兰，至少一根光纤从一根光缆的端部延伸通过所述法兰，延伸到内壳体中。
22. 如权利要求16所述的光学放大器模块进一步包括位于所述内壳体中的光纤存放区。
23. 如权利要求16所述的光学放大器模块进一步包括用于支撑至少一个电路板的支撑部件，在电路板上布置与光学放大器有关的电子元件。
24. 如权利要求22所述的光学放大器模块，其中，所述光纤存放区包括至少一个光纤线轴，光纤可缠绕在光纤线轴上。
25. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，所述内壳体由一对半单元形成，所述每一个半单元都具有在包含纵向方向的纵向平面中延伸的配合面，所述半单元沿着所述配合面而与另一个互相连接。
26. 如权利要求23所述的光学放大器模块，其中，支撑电路板的所述支撑部件布置得使电路板和配合面形成连续的平面。
27. 如权利要求26所述的光学放大器模块，其中，所述支撑部件由从所述配合面向内延伸并向下凹陷的凸缘确定。
28. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，所述侧壁包括一对从侧壁的容器部分纵向延伸的脊柱部件，所述脊柱部件每一个都具有在纵向方向贯穿延伸的抗拉棒通孔，所述抗拉棒通孔用于支撑海底光缆接头所用的抗拉棒。
29. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，内壳体的外径小于15cm×50cm。
30. 如权利要求16所述的光学放大器模块，其中，内壳体的外径为7.5cm×15cm。
31. 一种海底光学中继器，包括：
海底光缆接头的外部气密性密封外壳体、光学放大器模块，所述光学放大器模块包括：
位于所述外壳体中的保护套管；
位于所述保护套管内的内壳体，所述内壳体包括：
一对相反端面，所述端面每一个都具有用于在所述海底光缆接头的外壳体内保持内壳体的保持元件；以及
与所述相反端面互连并且在纵向方向上在所述相反端面之间延伸的侧壁，所述侧壁包括容器部分，所述容器部分具有多个通孔，每一个所述通孔的尺寸能容纳在光学放大器中使用的无源光学部件。
32. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，所述多个通孔在纵向方向上延伸穿过侧壁的所述容器部分。
33. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，所述内壳体具有为圆柱形的形状，侧壁的所述容器部分具有定义圆柱形状直径的曲率。
34. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，海底光缆接头是用于接合具有不同配置的光缆的通用接头。
35. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，所述光缆接头包括一对光缆终端单元，在所述光缆终端单元中分别保持将被接合的光缆的端部，所述保持元件每一个都可与一个光缆终端单元连接。
36. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，所述保持元件每一个都包括法兰，至少一根光纤从一根光缆的端部延伸通过所述法兰，延伸到内壳体中。
37. 如权利要求31所述的海底光学中继器进一步包括位于所述内壳体中的光纤存放区。
38. 如权利要求31所述的海底光学中继器进一步包括用于支撑至少一个电路板的支撑部件，在电路板上布置与光学放大器有关的电子元件。
39. 如权利要求37所述的海底光学中继器，其中，所述光纤存放区包括至少一个光纤线轴，光纤可缠绕在光纤线轴上。
40. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，所述内壳体由一对半单元形成，所述每一个半单元都具有在包含纵向方向的纵向平面中延伸的配合面，所述半单元沿着所述配合面而与另一个互相连接。
41. 如权利要求38所述的海底光学中继器，其中，支撑电路板的所述支撑部件布置得使电路板和配合面形成连续的平面。
42. 如权利要求41所述的海底光学中继器，其中，所述支撑部件由从所述配合面向内延伸并向下凹陷的凸缘确定。
43. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，所述侧壁包括一对从侧壁的容器部分纵向延伸的脊柱部件，所述脊柱部件每一个都具有在纵向方向贯穿延伸的抗拉棒通孔，所述抗拉棒通孔用于支撑海底光缆接头所用的抗拉棒。
44. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，内壳体的外径小于15cm×50cm。
45. 如权利要求31所述的海底光学中继器，其中，内壳体的外径为7.5cm×15cm。
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