CN110542963B - 一种柔性光中继阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性光中继阵列，主要包括水密接驳盒、铠装金属层、柔性阵段、供电模块，水密接驳盒位于柔性阵段首尾两侧，水密接驳盒一端通过水密连接器与柔性阵段水密对接，另一端与复合海光缆对接以实现深海高压水密，柔性阵段外包裹有铠装金属层，水密接驳盒中安装有供电模块。本发明采用光中继柔性结构设计，通过将放大模块在阵列轴向进行排列的方式增加放大对数，可容纳多达数十至上百个数量的放大模块，既可实现光信号的有效放大，又可增加光纤对数满足大容量传输需求，同时又不增加海上施工难度，是目前海底光通信、光纤传感系统领域推广应用的关键技术。

Description

一种柔性光中继阵列

技术领域

本发明涉及光中继的领域，具体涉及一种柔性光中继阵列。

背景技术

光信号在海底光缆中需要通过上百公里的远距离传输，其信号强度随着光缆长度的增加而衰减，并且信号传输质量下降。为克服这一特点，在大容量、远距离光纤传输系统中每隔一定的距离会加入一个光中继进行光功率补偿，从而为岸基站提供高信噪比的光信号，因此光中继是远距离传输系统中水下最重要的有源部分。由于海缆施工时需通过布缆机或埋犁机，通常要求缆、接驳盒或中继盒的外径均不大于220mm，目前在光通信领域中，光中继一般通过在中继盒内部将放大器数量进行堆叠的方式增加可放大数量，由于中继盒受外径和弯曲半径限制，光中继的外径尺寸和轴向长度均限制了其光纤放大对数，因此光中继的放大对数一般均不超过8纤对。同样在光纤传感领域中，随着光纤水听器阵列规模的不断扩大，基元数从几百上升到上千，传输距离也逐步扩展至上百公里，光中继放大对数8纤对已经不能满足光纤水听系统大规模复用要求，若采用两个或若干个光中继间隔一定的距离进行串联可一定程度上解决放大对数的不足，但大大增加了系统成本和施工难度，并且当放大对数需求上升到一定量如数十纤对时，中继器串联的方法不能从根本上解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种柔性光中继阵列。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的柔性光中继阵列：这种柔性光中继阵列，主要包括水密接驳盒、铠装金属层、柔性阵段、供电模块，水密接驳盒位于柔性阵段首尾两侧，水密接驳盒一端通过水密连接器与柔性阵段水密对接，另一端与复合海光缆对接以实现深海高压水密，柔性阵段外包裹有铠装金属层，水密接驳盒中安装有供电模块。

所述水密接驳盒主要由腔体、弯曲限制器、光电分离/合束腔、通讯控制模块组成，腔体为主体结构，腔体两端刚性连接弯曲限制器，光电分离/合束腔固定于腔体内部的首部输入处和尾部输出处，分别实现光中继阵列首端光电分离和尾端的光电合束，具有较好的绝缘功能，通讯控制模块同样固定于腔体内部，并由供电模块供电，通讯控制模块波长与光中继系统传输波长波分复用，将光中继信息数据进行解、编码，实现与岸基站的远程交互。

所述供电模块通过弹性结构设计使其与腔体的内壁紧密贴合，供电模块选择性放置于光中继阵列首部一侧及首尾两侧的水密接驳盒内，供电模块将海光缆中的高压电转换为低压。

所述供电模块小型化后分区块轴向排布于柔性阵段内。

所述弯曲限制器是内部为空腔圆柱的两圆锥体，弯曲限制器的内径分别与柔性阵段和光电复合缆的外径相匹配。

所述柔性阵段主要由水密连接器、护套管、放大模块、支撑骨架、光组件，软胶组成，水密连接器位于护套管两端并且其中间分别有光缆和电缆出口，水密连接器用于水密接驳盒和柔性阵段内部的线缆连接，放大模块、支撑骨架和光组件在柔性阵段内部进行轴向排列并通过一定方式达到光、电缆走线的最优化和性能最佳化，支撑骨架为一金属圆柱体，轴向有多个通孔用于光缆、电缆走缆，支撑骨架固定于放大模块之间以增加柔性阵段的抗压和限弯性能，根据实际效果增减放大模块之间的支撑骨架的数量，多个放大模块和一个光组件实现一个光中继放大单元，内部光信号通过水密多芯光缆连接，电信号通过双绞线与通讯控制模块互通，光中继放大单元之间通过水密多芯光缆和高绝缘高压电缆相连接。

所述护套管为一柔性橡胶套管，与水密连接器形成一密封管，护套管内部填充软胶，护套管长度满足放置一个及多个放大模块。

所述放大模块外部为一耐高压金属圆柱壳，内部密封腔放置若干个光放大器将光信号低噪声放大以补偿链路的传输损耗，放大模块两端均有光缆和电缆出线用于和下一个放大模块相连接，放大模块以并联方式与通讯控制模块相连接。

所述光组件为一耐高压金属圆柱壳，内部密封腔放置多个无源光耦合器件将上行链路的背向散射光耦合至下行链路以实现岸基站的远程有中继光缆检测，光组件两端均有光缆出纤分别与放大模块和传输光缆相连，光组件的数量根据放大模块的数量而定。

所述铠装金属层采用具有一定柔性的防腐蚀金属材料通过编织而成，其外径设计不大于100mm以满足海上海光缆施工要求。

本发明的有益效果为：本发明采用光中继柔性结构设计，通过将放大模块在阵列轴向进行排列的方式增加放大对数，可容纳多达数十(典型24纤对)至上百个数量的放大模块，既可实现光信号的有效放大，又可增加光纤对数满足大容量传输需求，同时又不增加海上施工难度，是目前海底光通信、光纤传感系统领域推广应用的关键技术；突破了因光中继尺寸限制导致的放大对数不足的技术问题，为光通信、光纤传感领域的大规模、大容量传输提供了有效的解决方案，充分考虑了施工作业及其恶劣环境等因素，通过高可靠性设计可满足实际工程应用。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例1的结构剖面图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

附图标记说明：水密接驳盒10、铠装金属层20、柔性阵段30、供电模块40、腔体11、弯曲限制器12、光电分离/合束腔13、通讯控制模块14、水密连接器31、护套管32、放大模块33、支撑骨架34、光组件35、软胶36。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

实施例1：如附图所示，这种柔性光中继阵列，主要包括水密接驳盒10、铠装金属层20、柔性阵段30、供电模块40、腔体11、弯曲限制器12、光电分离/合束腔13、通讯控制模块14、水密连接器31、护套管32、放大模块33、支撑骨架34、光组件35、软胶36，水密接驳盒10位于柔性阵段30首尾两侧，水密接驳盒10一端通过水密连接器31与柔性阵段30水密对接，另一端与复合海光缆对接以实现深海高压水密，柔性阵段30外包裹有铠装金属层20，铠装金属层20采用具有一定柔性的防腐蚀金属材料通过编织而成，其外径设计不大于100mm以满足海上海光缆施工要求，起到为柔性阵段30抗拉、耐压的保护作用。水密接驳盒10中安装有供电模块40。

水密接驳盒10主要由腔体11、弯曲限制器12、光电分离/合束腔13、通讯控制模块14组成，腔体11为主体结构，起保护和水密作用，腔体11内部空间用于放置上述其余模块，腔体11两端刚性连接弯曲限制器12，光电分离/合束腔13固定于腔体11内部的首部输入处和尾部输出处，分别实现光中继阵列首端光电分离和尾端的光电合束，具有较好的绝缘功能，实现高压电缆的绝缘，通讯控制模块14同样固定于腔体11内部，并由供电模块40供电，通讯控制模块14波长与光中继系统传输波长波分复用，将光中继信息数据进行解、编码，实现与岸基站的远程交互。弯曲限制器12是内部为空腔圆柱的两圆锥体，弯曲限制器12的内径分别与柔性阵段30和光电复合缆的外径相匹配，因此弯曲限制器12的尺寸需根据与之固定的缆阵尺寸设计。弯曲限制器12是作用是使施加于水密接驳盒两端的力均衡分布。

供电模块40通过弹性结构设计使其与腔体11的内壁紧密贴合，达到较好的散热效果，供电模块40选择性放置于光中继阵列首部一侧及首尾两侧的水密接驳盒10内，后者方式可实现光中继阵列双向供电和提高冗余备份能力，从而提高光中继阵列的可靠性，供电模块40将海光缆中的高压电转换为低压，为光中继阵列提供可适用的直流低压电源。

柔性阵段30主要由水密连接器31、护套管32、放大模块33、支撑骨架34、光组件35，软胶36组成，水密连接器31位于护套管32两端并且其中间分别有光缆和电缆出口，水密连接器31用于水密接驳盒10和柔性阵段30内部的线缆连接，放大模块33、支撑骨架34和光组件35在柔性阵段30内部进行轴向排列并通过一定方式达到光、电缆走线的最优化和性能最佳化，支撑骨架34为一金属圆柱体，轴向有多个通孔用于光缆、电缆走缆，支撑骨架34固定于放大模块33之间以增加柔性阵段30的抗压和限弯性能，根据实际效果增减放大模块33之间的支撑骨架34的数量，多个放大模块33和一个光组件35实现一个光中继放大单元，内部光信号通过水密多芯光缆连接，电信号通过双绞线与通讯控制模块14互通，光中继放大单元之间通过水密多芯光缆和高绝缘高压电缆相连接。本发明可囊括多个或数十个光中继放大单元，放大对数由复合海光缆光纤数决定，同时由于放大模块33为阵列轴向排布，具有较好的散热管理能力。护套管32为一柔性橡胶套管，与水密连接器31形成一密封管，护套管32内部填充软胶36后提高光中继阵列抗振和水密性能，护套管32长度满足放置一个及多个放大模块33，长度根据放大模块33数量而定。放大模块33外部为一耐高压金属圆柱壳，内部密封腔放置若干个光放大器将光信号低噪声放大以补偿链路的传输损耗，放大模块33两端均有光缆和电缆出线用于和下一个放大模块33相连接，放大模块33以并联方式与通讯控制模块14相连接。光组件35为一耐高压金属圆柱壳，内部密封腔放置多个无源光耦合器件将上行链路的背向散射光耦合至下行链路以实现岸基站的远程有中继光缆检测，光组件35两端均有光缆出纤分别与放大模块33和传输光缆相连，光组件35的数量根据放大模块33的数量而定。

实施例2：在实施例1的基础上将供电模块40小型化、多模块设计，轴向排布于柔性阵段30内，实施例1中供电模块40为全部放大模块33供电，负载功率较大，体积尺寸也需相应增加，散热要求也较高，并且尺寸与之相匹配的水密接驳盒10外径也会相应较大。本实施例可实现一个小型化供电模块40为实施例1中所述的一个或多个光中继放大单元供电，因此单个供电模块40的负载功耗较小，散热要求也较低，并且可大大减小水密接驳盒10的外径尺寸和长度，提高柔性光中继阵列的施工适用性。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种柔性光中继阵列，其特征在于：包括水密接驳盒（10）、铠装金属层（20）、柔性阵段（30）、供电模块（40），水密接驳盒（10）位于柔性阵段（30）首尾两侧，水密接驳盒（10）一端通过水密连接器（31）与柔性阵段（30）水密对接，另一端与复合海光缆对接以实现深海高压水密，柔性阵段（30）外包裹有铠装金属层（20），水密接驳盒（10）中安装有供电模块（40）；

所述水密接驳盒（10）由腔体（11）、弯曲限制器（12）、光电分离/合束腔（13）、通讯控制模块（14）组成，腔体（11）为主体结构，腔体（11）两端刚性连接弯曲限制器（12），光电分离/合束腔（13）固定于腔体（11）内部的首部输入处和尾部输出处，分别实现光中继阵列首端光电分离和尾端的光电合束，具有绝缘功能，通讯控制模块（14）同样固定于腔体（11）内部，并由供电模块（40）供电，通讯控制模块（14）波长与光中继系统传输波长波分复用，将光中继信息数据进行解、编码，实现与岸基站的远程交互；

所述供电模块（40）通过弹性结构设计使其与腔体（11）的内壁紧密贴合，供电模块（40）选择性放置于光中继阵列首部一侧及首尾两侧的水密接驳盒（10）内，供电模块（40）将海光缆中的高压电转换为低压；

所述供电模块（40）小型化后分区块轴向排布于柔性阵段（30）内。

2.根据权利要求1所述的柔性光中继阵列，其特征在于：所述弯曲限制器（12）是内部为空腔圆柱的两圆锥体，弯曲限制器（12）的内径分别与柔性阵段（30）和光电复合缆的外径相匹配。

3.根据权利要求1所述的柔性光中继阵列，其特征在于：所述柔性阵段（30）由水密连接器（31）、护套管（32）、放大模块（33）、支撑骨架（34）、光组件（35），软胶（36）组成，水密连接器（31）位于护套管（32）两端并且其中间分别有光缆和电缆出口，水密连接器（31）用于水密接驳盒（10）和柔性阵段（30）内部的线缆连接，放大模块（33）、支撑骨架（34）和光组件（35）在柔性阵段（30）内部进行轴向排列，支撑骨架（34）为一金属圆柱体，轴向有多个通孔用于光缆、电缆走缆，支撑骨架（34）固定于放大模块（33）之间以增加柔性阵段（30）的抗压和限弯性能，根据实际效果增减放大模块（33）之间的支撑骨架（34）的数量，多个放大模块（33）和一个光组件（35）实现一个光中继放大单元，内部光信号通过水密多芯光缆连接，电信号通过双绞线与通讯控制模块（14）互通，光中继放大单元之间通过水密多芯光缆和高绝缘高压电缆相连接。

4.根据权利要求3所述的柔性光中继阵列，其特征在于：所述护套管（32）为一柔性橡胶套管，与水密连接器（31）形成一密封管，护套管（32）内部填充软胶（36），护套管（32）长度满足放置一个及多个放大模块（33）。

5.根据权利要求3所述的柔性光中继阵列，其特征在于：所述放大模块（33）外部为一耐高压金属圆柱壳，内部密封腔放置若干个光放大器将光信号低噪声放大以补偿链路的传输损耗，放大模块（33）两端均有光缆和电缆出线用于和下一个放大模块（33）相连接，放大模块（33）以并联方式与通讯控制模块（14）相连接。

6.根据权利要求3所述的柔性光中继阵列，其特征在于：所述光组件（35）为一耐高压金属圆柱壳，内部密封腔放置多个无源光耦合器件将上行链路的背向散射光耦合至下行链路以实现岸基站的远程有中继光缆检测，光组件（35）两端均有光缆出纤分别与放大模块（33）和传输光缆相连，光组件（35）的数量根据放大模块（33）的数量而定。

7.根据权利要求1所述的柔性光中继阵列，其特征在于：所述铠装金属层（20）采用具有柔性的防腐蚀金属材料通过编织而成，其外径设计不大于100mm以满足海上海光缆施工要求。