本發明涉及光纖傳輸及光通信領域，尤其是一種具有OTDR功能的光放大裝置。

背景技術：

在長跨距傳輸系統中，已經越來越離不開拉曼放大器。拉曼放大器具有寬帶平坦的增益譜、突出的噪聲性能、低非線性效應和靈活的應用方式等特點而逐漸成為應用的熱點。但是相比較其他的光纖放大器，需要較高的泵浦功率，一般泵浦功率需要達到1W以上。同時，拉曼放大器因為傳輸光纖即增益光纖，其增益受傳輸光纖狀況的影響非常嚴重，接頭損耗，光纖老化都會使增益大大減小。

另一方面，通信系統對拉曼放大器控制要求越來越高，不僅要求拉曼放大器增益的大小可以大范圍調節，而且要求拉曼放大器對多波系統增益斜率也可以較大范圍調節。目前拉曼放大器主要是通過定標增益與信號工作帶寬外的某段波長內的自發輻射放大光（ASE）功率的數學關系來控制增益。然而在同類型的光纖中，因為制作工藝或批次等原因，各光纖沒有完全一樣的衰減，另外隨著長時間應用引起的老化，環境溫度變化的影響，及傳輸光纖與拉曼放大器連接之間的插損等，這些因素都會影響拉曼放大器的增益與帶外ASE功率之間的關系，而且這些因素還不是固定不變的。為了精確控制拉曼放大器的增益，必須將這些因素考慮進拉曼放大器的增益與帶外ASE功率之間的數學關系中。在雙泵或多泵的拉曼放大器中，其主要通過確定泵的比例與增益斜率的關系來控制放大器的增益斜率。且此關系同樣受到上述接頭損耗的影響。為了準確的控制拉曼放大器的增益大小及增益斜率，對拉曼接頭損耗和光纖衰減狀況的實時掌握就是非常必要的。

在拉曼放大器的工程應用中，因為環境潔凈度不夠，拉曼放大器的輸出端面很容易污染，從而導致放大器與傳輸光纖的連接插損變大，影響拉曼放大器的應用。需要及時了解這種插損進而采取必要的解決措施。另外伴隨著高泵浦功率，也帶來一系列的不利因素，例如，如果不知道光纖狀況，接觸光纖可能會造成操作人員受到傷害等。在接入拉曼放大器之前，一般的做法是用OTDR儀表預先檢測一下光纖的狀況，確認接頭，光纖衰減都是正常值之后，才能接入拉曼放大器。在長距離傳輸現場應用中，光通信設備組網時需要采購專用的OTDR和配套測試裝置，對連接的光纖進行測試和監控。光時域反射儀（OTDR）通過直連光纖或利用特定波長光脈沖插入光纖進行測試，測試組網方案復雜，OTDR設備價格高昂。以上因素導致帶監測光纖功能的光網絡維護的復雜性高、成本高。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足，提供一種共用光源的OTDR光放大裝置以及其控制方法，該光放大裝置選取一路泵浦激光器同時作為OTDR光源共用，其內置的OTDR功能可實現在光放大裝置開啟工作前，準確確認傳輸光纖的狀況；確認傳輸光纖狀況符合光放大裝置開泵條件以后，通過光學開關、模式選擇開關及相應控制程序切換成光放大裝置放大模式，從而使得光放大裝置進入正常工作狀態；本發明采用的技術方案是：

一種共用光源的OTDR光放大裝置，包括：

主控單元、數據采集處理單元、若干個泵浦激光器構成的泵浦激光器組合單元、第一激光器驅動控制單元、其它激光器驅動控制單元、第一光學開關、第二光學開關、光學環形器、泵浦合波器；

泵浦激光器組合單元中包括一個第一泵浦激光器和若干個其它泵浦激光器；

第一激光器驅動控制單元連接并受控于主控單元；第一激光器驅動控制單元中設有模式選擇開關，并具有兩種控制方式；第一控制方式是OTDR脈沖發射模式，第二種控制方式是光放大裝置放大模式；在第一激光器驅動控制單元中，設有光放大器用第一激光器驅動控制單元和OTDR用脈沖發射單元；主控單元分別連接光放大器用第一激光器驅動控制單元、OTDR用脈沖發射單元和模式選擇開關；光放大器用第一激光器驅動控制單元和OTDR用脈沖發射單元的輸出均連接模式選擇開關；模式選擇開關的輸出連接第一泵浦激光器；

其它激光器驅動控制單元連接并受控于主控單元；在其它激光器驅動控制單元中，設有光放大器用其它激光器驅動控制單元；主控單元連接光放大器用其它激光器驅動控制單元，光放大器用其它激光器驅動控制單元的輸出連接若干個其它泵浦激光器；

第一光學開關和第二光學開關均受控于主控單元；第一光學開關包括1a、2a、3a三個端口；第二光學開關包括1b、2b、3b三個端口；

光學環形器包括1c、2c、3c三個端口；

第一泵浦激光器的輸出連接第一光學開關的1a端口；第一光學開關的2a端口連接光學環形器的1c端口；第一光學開關的3a端口連接泵浦合束器MUX的一個輸入端；若干個其它泵浦激光器的輸出分別連接泵浦合束器MUX的若干個輸入端；

光學環形器的2c端口連接第二光學開關的2b端口，光學環形器的3c端口連接數據采集處理單元的輸入端；第二光學開關的1b端口連接傳輸光纖；

泵浦合束器MUX通過隔離器連接第二光學開關的3b端口，或者具有隔離功能的泵浦合束器MUX的輸出端直接連接第二光學開關的3b端口；

數據采集處理單元的輸出連接主控單元。

進一步地，

主控單元包括相互連接的MCU和FPGA控制器；FPGA控制器通過控制總線連接數據采集單元；數據采集處理單元的輸出通過數據總線連接FPGA控制器；MCU分別與第一光學開關、第二光學開關、模式選擇開關、第一激光器驅動控制單元、其它激光器驅動控制單元連接；FPGA控制器與第一激光器驅動控制單元連接；

當控制方式是OTDR脈沖發射模式時，MCU控制第一光學開關1a與2a端口接通，第二光學開關1b與2b端口接通，同時切換模式選擇開關，將第一泵浦激光器的驅動單元切換為OTDR用脈沖發射單元；

其后，根據所測傳輸光纖鏈路的長度，設置所需的光脈沖幅度、脈寬及采樣次數，通過數據總線將所設參數傳給FPGA控制器并啟動FPGA控制器，FPGA控制器控制OTDR用脈沖發射單元以驅動第一泵浦激光器輸出所需光脈沖信號；該輸出光脈沖信號依次通過第一光學開關，光學環行器1c->2c端口，和第二光學開關進入傳輸光纖；傳輸光纖中的各種接頭損耗或是光纖損傷帶來的瑞利散射或菲涅耳反射通過第二光學開關和光學環行器2c->3c端口返回到數據采集處理模塊中；數據采集處理模塊接收該散射/反射光信號，將光信號轉換為電信號后送至FPGA控制器進行數據采樣；FPGA控制器將讀取的數據傳送給MCU，MCU接收到數據后進行數據處理，以獲得傳輸光纖鏈路的檢測結果；

MCU判斷滿足OTDR光放大裝置的開泵條件后，才能將控制方式切換為光放大裝置放大模式；

當控制方式是光放大裝置放大模式時，MCU控制第一光學開關1a與3a端口接通，第二光學開關1b與3b端口接通，同時切換模式選擇開關，將第一泵浦激光器的驅動單元切換為光放大器用第一激光器驅動控制單元；MCU控制光放大器用第一激光器驅動控制單元輸出需要的控制量，以控制第一泵浦激光器開啟到預設的泵浦功率；

其它激光器驅動控制單元受控于MCU，在OTDR脈沖發射模式時，MCU控制光放大器用其它激光器驅動控制單元不工作；在光放大裝置放大模式時，MCU控制光放大器用其它激光器驅動控制單元輸出需要的控制量，以控制若干個其它泵浦激光器輸出各自預設的泵浦功率。

具體地，

數據采集處理單元包括依次連接的光電接收器模塊、高增益信號放大模塊、隔離及濾波電路、AD轉換電路、數據存儲單元；其中高增益信號放大模塊、AD轉換電路、數據存儲單元受控于主控單元；

數據采集處理模塊中光電接收器模塊接收該散射/反射光信號，將光信號轉換為電信號后經高增益放大電路模塊放大，轉換為AD轉換電路所需范圍內的電信號；

與此同時，FPGA控制器控制AD轉換電路開始采樣，將采樣到的電信號轉換為數字信號后傳送給數據存儲單元，待一次光纖線路掃描完成后，FPGA分段讀取數據存儲單元中的數據，并通過數據總線將讀取的數據傳送給MCU，MCU接收到數據后進行數據處理，并根據所設置采樣次數，FPGA控制器不斷執行上述過程，待所有采樣過程完成后，MCU分析所獲取的全部數據以獲得傳輸光纖鏈路的檢測結果。

更進一步地，在光學環形器中，光只能循1c->2c->3c端口方向單向傳輸。

更進一步地，光學環形器用光纖耦合器代替。

更進一步地，泵浦激光器采用半導體泵浦激光器。

一種共用光源的OTDR光放大裝置的控制方法，適用于上述共用光源的OTDR光放大裝置，包括兩種控制方式；第一控制方式是OTDR脈沖發射模式，第二種控制方式是光放大裝置放大模式；

當控制方式是OTDR脈沖發射模式時，MCU控制第一光學開關1a與2a端口接通，第二光學開關1b與2b端口接通，同時切換模式選擇開關，將第一泵浦激光器的驅動單元切換為OTDR用脈沖發射單元；

其后，根據所測傳輸光纖鏈路的長度，設置所需的光脈沖幅度、脈寬及采樣次數，通過數據總線將所設參數傳給FPGA控制器并啟動FPGA控制器，FPGA控制器控制OTDR用脈沖發射單元以驅動第一泵浦激光器輸出所需光脈沖信號；該輸出光脈沖信號依次通過第一光學開關，光學環行器1c->2c端口，和第二光學開關進入傳輸光纖/增益介質；傳輸光纖中的各種接頭損耗或是光纖損傷帶來的瑞利散射或菲涅耳反射通過第二光學開關和光學環行器2c->3c端口返回到數據采集處理模塊中；數據采集處理模塊中光電接收器模塊接收該散射/反射光信號，將光信號轉換為電信號后經高增益放大電路模塊放大，轉換為AD轉換電路所需范圍內的電信號；

與此同時，FPGA控制器控制AD轉換電路開始采樣，將采樣到的電信號轉換為數字信號后傳送給數據存儲單元，待一次光纖線路掃描完成后，FPGA分段讀取數據存儲單元中的數據，并通過數據總線將讀取的數據傳送給MCU，MCU接收到數據后進行數據處理，并根據所設置采樣次數，FPGA控制器不斷執行上述過程，待所有采樣過程完成后，MCU分析所獲取的全部數據并獲得傳輸光纖鏈路的檢測結果；

MCU判斷滿足OTDR光放大裝置的開泵條件后，才能將控制方式切換為光放大裝置放大模式；

當控制方式是光放大裝置放大模式時，MCU控制第一光學開關1a與3a端口接通，第二光學開關1b與3b端口接通，同時切換模式選擇開關，將第一泵浦激光器的驅動單元切換為光放大器用第一激光器驅動控制單元；MCU控制光放大器用第一激光器驅動控制單元輸出需要的控制量，以控制第一泵浦激光器開啟到預設的泵浦功率；

其它激光器驅動控制單元受控于MCU，在OTDR脈沖發射模式時，MCU控制光放大器用其它激光器驅動控制單元不工作；在光放大裝置放大模式時，MCU控制光放大器用其它激光器驅動控制單元輸出需要的控制量，以控制若干個其它泵浦激光器輸出各自預設的泵浦功率。

進一步地，將控制方式切換為光放大裝置放大模式的OTDR光放大裝置的開泵條件，需要同時滿足：

OTDR光放大裝置溫度，各泵浦激光器管芯溫度，散射/反射光信號功率這些判斷因素都沒有告警，輸入光信號大于閾值，且OTDR光放大裝置處于放大器使能狀態。

本發明的優點在于：

1）在光放大裝置工作之前，首先開啟OTDR脈沖發射模式檢測光纖的損耗狀況，確認光纖狀況良好之后開啟光放大裝置放大模式。此外本發明的最重要的一個有益之處在于，選取某個泵浦激光器同時作為OTDR光源共用，不僅節省了昂貴的OTDR的設備成本，而且可以在線監測光纖線路的損耗，及時觸發告警。

2）與現有方案相比，本發明減少了昂貴的OTDR設備，利用拉曼泵浦光源巧妙的實現了拉曼放大器內置OTDR的功能。內置OTDR拉曼放大器不僅可以實現長距離傳輸的拉曼放大，其內置OTDR能夠實時監控光纖工作狀況，對光纖異常，接頭損耗等異常現象及時發出預警信息，確保系統能夠長期可靠運行。而且拉曼增益控制更加精準。最后，這種拉曼放大器可以增加人員操作的安全性。

附圖說明

圖1為本發明的結構組成示意圖。

圖2為本發明的第一激光器驅動控制單元內部結構圖。

圖3為本發明的其它激光器驅動控制單元內部結構圖。

圖4為本發明的主控單元內部結構圖。

圖5為本發明的數據采集處理單元內部結構圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本發明作進一步說明。

本發明提供一種共用光源的OTDR光放大裝置，如圖1所示，包括：

主控單元、數據采集處理單元、若干個泵浦激光器構成的泵浦激光器組合單元、第一激光器驅動控制單元、其它激光器驅動控制單元、第一光學開關、第二光學開關、光學環形器、泵浦合波器MUX；

泵浦激光器組合單元中包括一個第一泵浦激光器（圖1中的激光器1）和若干個其它泵浦激光器，如圖1中的激光器2、激光器3……激光器n；若干個其它泵浦激光器可以是一個或數個；本發明提出的共用光源的OTDR光放大裝置，尤其適合于形成拉曼光放大器，因此泵浦激光器組合單元中的各泵浦激光器優選采用拉曼泵浦激光器；也可以采用EDFA泵浦激光器，以形成EDFA光放大器；拉曼泵浦激光器和EDFA泵浦激光器都屬于半導體泵浦激光器；

需要說明的是，第一泵浦激光器并不限定一定是泵浦激光器組合單元中的第一個泵浦激光器；第一泵浦激光器是泵浦激光器組合單元中的某一個。

第一激光器驅動控制單元連接并受控于主控單元；第一激光器驅動控制單元中設有模式選擇開關；本發明設有兩種控制方式；第一種控制方式是OTDR脈沖發射模式，第二種控制方式是光放大裝置放大模式；

如圖2所示，在第一激光器驅動控制單元中，設有光放大器用第一激光器驅動控制單元和OTDR用脈沖發射單元；主控單元分別連接光放大器用第一激光器驅動控制單元、OTDR用脈沖發射單元和模式選擇開關；光放大器用第一激光器驅動控制單元和OTDR用脈沖發射單元的輸出均連接模式選擇開關；模式選擇開關的輸出連接第一泵浦激光器；

其它激光器驅動控制單元連接并受控于主控單元；

如圖3所示，在其它激光器驅動控制單元中，設有光放大器用其它激光器驅動控制單元；主控單元連接光放大器用其它激光器驅動控制單元，光放大器用其它激光器驅動控制單元的輸出連接若干個其它泵浦激光器；

第一光學開關和第二光學開關均受控于主控單元；第一光學開關具有1a、2a、3a三個端口；第二光學開關具有1b、2b、3b三個端口；

光學環形器具有1c、2c、3c三個端口，在光學環形器中，光只能循1c->2c->3c方向單向傳輸；在實際應用中，光學環形器也可以用光纖耦合器代替；

第一泵浦激光器的輸出連接第一光學開關的1a端口；第一光學開關的2a端口連接光學環形器的1c端口；第一光學開關的3a端口連接泵浦合束器MUX的一個輸入端；若干個其它泵浦激光器的輸出分別連接泵浦合束器MUX的若干個輸入端；

光學環形器的2c端口連接第二光學開關的2b端口，光學環形器的3c端口連接數據采集處理單元的輸入端；第二光學開關的1b端口連接傳輸光纖/增益介質；

泵浦合束器MUX用于將不同波長的泵浦激光器輸出的激光合成一束；泵浦合束器MUX一般為薄膜濾波器類型，此時需要在其后連接一個隔離器；泵浦合束器MUX的輸出端通過隔離器連接第二光學開關的3b端口；泵浦合束器MUX也可以是隔離偏振泵浦合波器，用于合成相同波長的激光功率，同時具有隔離反射信號的能力，防止反射信號反饋到激光器諧振腔中影響泵浦激光器的輸出穩定性；

數據采集處理單元的輸出連接主控單元；

如圖4所示，主控單元包括相互連接的MCU和FPGA控制器；MCU和FPGA控制器之間的連接線路包括地址總線和數據總線；FPGA控制器通過控制總線連接數據采集單元；數據采集處理單元的輸出通過數據總線連接FPGA控制器；其中MCU可選用ARM處理器或其它的微處理器；MCU分別與第一光學開關、第二光學開關、模式選擇開關、第一激光器驅動控制單元、其它激光器驅動控制單元連接；FPGA控制器與第一激光器驅動控制單元連接；

如圖5所示，數據采集處理單元包括依次連接的光電接收器模塊、高增益信號放大模塊、隔離及濾波電路、AD轉換電路、數據存儲單元；其中高增益信號放大模塊、AD轉換電路、數據存儲單元受控于主控單元；光電接收器模塊由高響應度的光電探測器APD及偏壓電路組成，APD將接收到的光信號轉換為對應強度的電流信號輸出；高增益信號放大模塊將接收到的電流信號轉換為電壓信號并進行相應的放大；濾波及隔離電路將放大后的電壓信號進行濾波并隔離高增益信號放大模塊及AD轉換電路；AD轉換電路在主控單元的控制之下將接收到的電壓信號轉換為數字信號后傳送給數據存儲單元；數據存儲單元存儲相應的數字信號并提供給主控單元使用；

當控制方式是OTDR脈沖發射模式時，MCU控制第一光學開關1a與2a端口接通，第二光學開關1b與2b端口接通，同時切換模式選擇開關，將第一泵浦激光器的驅動單元切換為OTDR用脈沖發射單元；

其后，根據所測傳輸光纖鏈路的長度，設置所需的光脈沖幅度、脈寬及采樣次數，通過數據總線將所設參數傳給FPGA控制器并啟動FPGA控制器，FPGA控制器控制OTDR用脈沖發射單元以驅動第一泵浦激光器輸出所需光脈沖信號；該輸出光脈沖信號依次通過第一光學開關，光學環行器1c->2c端口，和第二光學開關進入傳輸光纖/增益介質；傳輸光纖中的各種接頭損耗或是光纖損傷帶來的瑞利散射或菲涅耳反射通過第二光學開關和光學環行器2c->3c端口返回到數據采集處理模塊中；數據采集處理模塊中光電接收器模塊接收該散射/反射光信號，將光信號轉換為電信號后經高增益放大電路模塊放大，轉換為AD轉換電路所需范圍內的電信號；

與此同時，FPGA控制器控制AD轉換電路開始采樣，將采樣到的電信號轉換為數字信號后傳送給數據存儲單元，待一次光纖線路掃描完成后，FPGA分段讀取數據存儲單元中的數據，并通過數據總線將讀取的數據傳送給MCU，MCU接收到數據后進行數據處理，并根據所設置采樣次數，FPGA控制器不斷執行上述過程，待所有采樣過程完成后，MCU分析所獲取的全部數據并上報傳輸光纖鏈路損耗及各種事件等；

以上探測事件，當MCU得到正確的光纖損耗和衰減數據之后 ，可以確認傳輸光纖狀態正常；同時MCU還要判斷光路是否符合OTDR光放大裝置的開泵條件，判斷的因素有OTDR光放大裝置溫度，各泵浦激光器管芯溫度，散射/反射光信號功率，輸入光信號大于閾值，OTDR光放大裝置是否處于放大器使能（Enable）狀態等；如果這些判斷因素都沒有告警，那么啟動光放大裝置放大模式，對拉曼光放大器而言，光放大裝置放大模式也就是正常的拉曼放大器工作模式；

當控制方式是光放大裝置放大模式時，MCU控制第一光學開關1a與3a端口接通，第二光學開關1b與3b端口接通，同時切換模式選擇開關，將第一泵浦激光器的驅動單元切換為光放大器用第一激光器驅動控制單元；MCU控制光放大器用第一激光器驅動控制單元輸出需要的控制量，以控制第一泵浦激光器開啟到預設的泵浦功率；此種控制方式也就是恒泵浦控制方式；

其它激光器驅動控制單元受控于MCU，在OTDR脈沖發射模式時，MCU控制光放大器用其它激光器驅動控制單元不工作；在光放大裝置放大模式時，MCU控制光放大器用其它激光器驅動控制單元輸出需要的控制量，以控制若干個其它泵浦激光器輸出各自預設的泵浦功率。

當發現系統中增益控制或者輸出功率不正常的時候，此時有可能泵浦激光器已經觸發關泵操作。為了詳細的獲知故障的原因，此時并不需要切斷光纖， 而只需要主控單元控制光學開關、模式切換開關按照上述描述切換到OTDR脈沖發射模式判斷光纖故障情況既可。以上過程都是遠程機房操控的。 而不需要派人員持OTDR儀器到現場進行切斷光纖，接入OTDR儀器。