用于长距离海底光缆通信系统的光中继器

摘要

本发明公开了一种用于长距离海底光缆通信系统的光中继器，涉及海底光缆通信领域。该光中继器集成在优化的海底光缆接头内部，优化的海底光缆接头外部采用整体注塑工艺，整个光中继器被包裹在PE绝缘层内部，与海水隔离；该光中继器包括第一接续馈通单元、光电单元和第二接续馈通单元，第一接续馈通单元的一端与光中继器一侧的海底光缆连接，另一端与光电单元连接；第二接续馈通单元的一端与光电单元连接，另一端与光中继器另一侧的海底光缆连接。本发明能降低光中继器的机械设计难度，简化集成组装工艺及所需的集成配套资源，降低成本，减小光中继器的体积及重量，降低光中继器的海洋施工及埋设难度，提高可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及海底光缆通信领域，具体是涉及一种用于长距离海底 光缆通信系统的光中继器。

背景技术

长距离(500公里以上)海底光缆通信系统中最重要的高可靠性 有源设备是光中继器。长距离海底光缆通信系统在一定跨段距离间集 成接入光中继器，在整个海底光缆链路中实现对光传输信号的放大及 传输。由于海洋环境的特殊性，长距离海底光缆通信系统对光中继器 的可靠性要求很高，一般要求光中继器的使用寿命超过25年。为实 现高可靠性，光中继器在实现取电、放大的同时，需考虑状态监测、 关键部件冗余备份等。因此，光中继器对结构的体积要求高，一般要 求直径小、适合敷设、高水压密封。另外，还要求光中继器的功耗小， 并考虑长时间使用的散热问题。

目前，海底光中继器主要采用传统的UC(UniversalCoupling， 万向联轴器)结构，传统UC结构的光中继器主要包括三个单元：中 部为独立密封及保护的光电单元，两端分别为标准UC接头，光电单 元通过pigtail(光纤尾缆)与两端的标准UC接头实现光电连接。

由于传统UC结构的光中继器内部的光电单元为独立结构体，并 与海水直接接触，其自身结构必须满足深海环境条件下的水密、气密、 耐腐蚀及机械强度等苛刻指标要求，导致光电单元的结构设计、材料 选型等方面较为复杂，且材料成本很高，因此，传统UC结构的光中 继器的光电单元的机械设计难度较大，集成组装工艺复杂，所需的集 成配套资源庞杂，成本高昂，UC结构的光中继器的体积及重量较大， 增加了海洋施工及埋设难度，也间接降低了光中继器的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种用于 长距离海底光缆通信系统的光中继器，能够降低光中继器的机械设计 难度，简化集成组装工艺及所需的集成配套资源，降低成本，减小光 中继器的体积及重量，降低光中继器的海洋施工及埋设难度，提高光 中继器的可靠性。

本发明提供一种用于长距离海底光缆通信系统的光中继器，该 光中继器集成在优化的海底光缆接头内部，优化的海底光缆接头 的结构为：将通用海底光缆接头沿纵向中心线增长，并保持外径 不变，得到优化的海底光缆接头，实现光中继器在优化的海底光 缆接头内部空间的布放及集成，并且优化的海底光缆接头外部采 用整体注塑工艺，整个光中继器被包裹在聚乙烯PE绝缘层内部， 与海水隔离；

该光中继器包括第一接续馈通单元、光电单元和第二接续馈 通单元，光电单元为独立集成组装结构，用于实现对输入光信号 的放大及再传输，第一接续馈通单元的一端与光中继器一侧的海 底光缆连接，另一端与光电单元连接；第二接续馈通单元的一端 与光电单元连接，另一端与光中继器另一侧的海底光缆连接；第 一接续馈通单元、第二接续馈通单元内部的馈电结构基本一致， 区别在于：第一接续馈通单元内部的馈电结构与外部壳体之间实 现电绝缘，第二接续馈通单元内部的馈电结构与外部壳体之间实 现电导通；

所述第一接续馈通单元在实现光中继器一侧的海底光缆内部 的光纤与光电单元的光纤熔接、盘绕、固定及馈电导通的同时， 在机械结构方面，还实现光中继器该侧的海底光缆与光电单元的 物理联接；第二接续馈通单元在实现光中继器另一侧的海底光缆 内部的光纤与光电单元的光纤熔接、盘绕、固定及馈电导通的同 时，在机械结构方面，还实现光中继器另一侧的海底光缆与光电 单元的物理联接。

在上述技术方案的基础上，所述光电单元包括基座和2个无 源器件，基座为整个光电单元的安装本体，基座的一侧为无源器 件安装区域，该安装区域上下对称的位置各固定一个无源器件， 每个无源器件对应单个光纤对；光电单元还包括固定带、固定带 压板，无源器件通过固定带、固定带压板定位并固定；该安装区 域还设置有第一散热座，第一散热座上安装有2个泵浦激光器， 对应单个光纤对；光电单元的两端各设置有一个光纤馈通体，每 个光纤馈通体的一端分别与无源器件、泵浦激光器相连，每个光 纤馈通体的另一端均从光电单元穿出；光电单元的4根输入输出 光纤分别穿入两侧的光纤馈通体、并穿出光电单元，以备后续与 海底光缆内部的光纤进行熔接。

在上述技术方案的基础上，所述光纤馈通体穿出的端部套有 一个光纤馈通体密封圈。

在上述技术方案的基础上，所述光电单元的两端还各设置有 一个导热垫，2个导热垫的中部均开有安装孔，所述每个光纤馈通 体的另一端均从光电单元对应端部的导热垫的安装孔穿出，导热 垫将光电单元内部的泵浦激光器产生的热量导出。

在上述技术方案的基础上，所述固定带上设置有起定位及固 定作用的压块。

在上述技术方案的基础上，所述基座的两侧均开有通孔，无 源器件的光纤通过基座的通孔，到达基座的另一侧，基座的另一 侧为无源器件的光纤与饵纤熔接盘绕的区域，从基座的通孔引入 的无源器件的光纤与盘绕在该区域的饵纤进行熔接，并按照一定 方式盘绕，已完成熔接及盘绕的光纤上设置有起限制及保护作用 的光纤压条，该区域设置有第二散热座，第二散热座上安装有2 个泵浦激光器，对应单个光纤对。

在上述技术方案的基础上，所述泵浦激光器的上表面紧贴有 一个用于固定泵浦激光器的泵浦激光器压板，泵浦激光器的散热 面与基座的散热面接触，以确保泵浦激光器的散热可靠性。

在上述技术方案的基础上，所述基座的两侧相对的位置各安 装有一个第一供电电路板，每个第一供电电路板为单个光纤对的 泵浦激光器供电。

在上述技术方案的基础上，所述第一供电电路板上安装有散 热底座。

在上述技术方案的基础上，所述散热底座上安装有稳压二极 管。

在上述技术方案的基础上，所述基座的两端各设置有一个基 座封装端盖，基座的外部套有承压筒，两个基座封装端盖通过两 个锁紧螺杆锁紧并挤压承压筒，两个基座封装端盖与承压筒共同 形成一个高可靠性密封腔体，每个基座封装端盖与承压筒的压接 处均镶嵌有一个金属密封圈，以实现整个腔体的气密及水密。

在上述技术方案的基础上，所述基座封装端盖通过封装螺栓 与腔体内部的基座装配体固定连接，以防止基座装配体在腔体内 部转动。

在上述技术方案的基础上，所述第一接续馈通单元包括第一 光纤存储盘、第一光纤盘固定板、第一通用接头金属箍、第一馈 通连接组件、第二供电电路板，第一光纤存储盘通过第一光纤盘 固定板与第一通用接头金属箍连接，第一通用接头金属箍通过第 一馈通连接组件与第二供电电路板电连接；光中继器一侧的海底 光缆内部的光纤与光电单元的光纤在第一光纤存储盘内部完成熔 接盘绕及存储保护。

在上述技术方案的基础上，所述第一通用接头金属箍为标准 的海底光缆成端构件，用于实现光中继器一侧的海底光缆与光电 单元的机械连接，并在密闭腔体内实现光中继器一侧的海底光缆 内部的光纤与光电单元输出光纤的熔接及存储，通过海底光缆传 输的中继器驱动电流也由第一通用接头金属箍、第一馈通连接组 件导入第二供电电路板，第二供电电路板对光中继器一侧的海底 光缆导入的恒定直流电进行处理后再导入光电单元。

在上述技术方案的基础上，所述第一光纤存储盘的上表面安 装有第一熔点固定组件，第一熔点固定组件用于固定光纤熔点保 护热缩套管。

在上述技术方案的基础上，所述第一接续馈通单元还包括第 一抗压保护端盖，第一抗压保护端盖的一端通过两个第一抗压螺 栓与光电单元固定连接，另一端通过第一锁紧螺母与第一光纤盘 固定板固定连接，第一抗压保护端盖与第一通用接头金属箍之间 设置有内陶瓷绝缘环，第一通用接头金属箍与第一光纤盘固定板 之间设置有外陶瓷绝缘环，内陶瓷绝缘环与外陶瓷绝缘环共同作 用，使第一通用接头金属箍与外部壳体及其它金属构件绝缘。

在上述技术方案的基础上，所述第一抗压保护端盖与内陶瓷 绝缘环之间镶嵌有第一金属C型密封圈、第一金属弹性密封圈， 使第一抗压保护端盖与内陶瓷绝缘环之间形成一个密闭腔体，第 一金属C型密封圈、第一金属弹性密封圈实现对该密闭腔体的气 密密封。

在上述技术方案的基础上，所述第二接续馈通单元包括第二 光纤存储盘、第二光纤盘固定板、第二通用接头金属箍、第二馈 通连接组件，第二光纤存储盘通过第二光纤盘固定板与第二通用 接头金属箍连接，第二通用接头金属箍通过第二馈通连接组件与 光电单元连接；光中继器另一侧的海底光缆内部的光纤与光电单 元的光纤在第二光纤存储盘内部完成熔接盘绕及存储保护。

在上述技术方案的基础上，所述第二通用接头金属箍为标准 的海底光缆成端构件，第二通用接头金属箍用于实现光中继器另 一侧的海底光缆与光电单元的机械连接，并在该密闭腔体内实现 光中继器另一侧的海底光缆内部的光纤与光电单元的光纤之间的 熔接及存储，通过光中继器另一侧的海底光缆传输的中继器驱动 电流由第二通用接头金属箍、第二馈通连接组件导入光电单元。

在上述技术方案的基础上，所述第二光纤存储盘的上表面安 装有熔点固定块，熔点固定块上安装有熔点固定带压条，熔点固 定块、熔点固定带压条用于固定光纤熔点保护热缩套管。

在上述技术方案的基础上，所述第二接续馈通单元还包括第 二抗压保护端盖，第二抗压保护端盖的一端通过两个第二抗压螺 栓与光电单元固定连接，另一端通过第二锁紧螺母与第二光纤盘 固定板固定连接。

在上述技术方案的基础上，所述第二抗压保护端盖与第二通 用接头金属箍之间镶嵌有第二金属C型密封圈、第二金属弹性密 封圈，使第二抗压保护端盖与第二通用接头金属箍之间形成一个 密闭腔体，第二金属C型密封圈、第二金属弹性密封圈实现对该 密闭腔体的气密密封。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明的光中继器内的光电单元体型小巧、结构简单，便 于进行光电器件的组装调测，也便于组装完成后对其进行各项可靠性 筛选测试，能够降低光电单元的机械设计难度，降低与光电单元配套 的工装、设备、测试仪器的设计开发难度，降低成本，简化光电单元 的组装调测工艺。

(2)本发明的光中继器集成在优化的海底光缆接头内部，优化 的海底光缆接头的结构为：将通用海底光缆接头沿纵向中心线增长， 并保持外径不变，得到优化的海底光缆接头，实现光电器件在优化的 海底光缆接头内部空间内的布放及集成，并且优化的海底光缆接头外 部采用整体注塑工艺，整个光中继器被包裹在PE绝缘层内部，与海 水隔离，能够有效简化光电单元的水密、气密结构设计难度，且高强 度合金钢材料即可满足使用要求，显著降低材料成本。

(3)本发明的光中继器集成在优化的海底光缆接头内部，优化 的海底光缆接头外径确定了光中继器的整体外径大小，光中继器体型 纤细，易于进行海洋施工作业，便于进行维护操作，也间接提高了光 中继器的长期可靠性。因此，本发明能够明显减小光中继器的体积及 重量，降低光中继器的海洋施工及埋设难度，提高光中继器的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中光电单元的局部装配图一。

图2是本发明实施例中光电单元的局部装配图二。

图3是本发明实施例中光电单元的局部装配图三。

图4是本发明实施例中光电单元的局部装配图四。

图5是本发明实施例中第一接续馈通单元的结构示意图。

图6是本发明实施例中第二接续馈通单元的结构示意图。

附图标记：1-基座，2-光纤馈通体密封圈，3-无源器件，4-泵浦 激光器，5-光纤馈通体，6-导热垫，7-固定带，8-固定带压板，9-光 纤压条，10-压块，11-第一供电电路板，12-稳压二极管，13-散热底 座，14-泵浦激光器压板，15-基座封装端盖，16-承压筒，17-金属密 封圈，18-锁紧螺杆，19-封装螺栓，20-第一抗压螺栓，21-第一锁紧 螺母，22-第一抗压保护端盖，23-第一金属C型密封圈，24-第一金 属弹性密封圈，25-内陶瓷绝缘环，26-第一通用接头金属箍，27-外陶 瓷绝缘环，28-第一光纤盘固定板，29-第一熔点固定组件，30-第一光 纤存储盘，31-第二供电电路板，32-第一馈通连接组件，33-第二金属 弹性密封圈，34-第二光纤盘固定板，35-第二光纤存储盘，36-熔点固 定块，37-熔点固定带压条，38-第二馈通连接组件，39-第二抗压保护 端盖，40-第二通用接头金属箍，41-第二金属C型密封圈，42-第二 锁紧螺母，43-第二抗压螺栓。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明实施例提供一种用于长距离海底光缆通信系统的光中继 器，该光中继器集成在优化的海底光缆接头内部，优化的海底光缆接 头的结构为：将通用海底光缆接头沿纵向中心线增长，并保持外径不 变，得到优化的海底光缆接头，实现光中继器在优化的海底光缆接头 内部空间的布放及集成，并且优化的海底光缆接头外部采用整体注塑 工艺，整个光中继器被包裹在PE(聚乙烯)绝缘层内部，与海水隔 离。

该光中继器包括第一接续馈通单元、光电单元和第二接续馈通单 元，光电单元为独立集成组装结构，用于实现对输入光信号的放大及 再传输，是光中继器的核心模块。第一接续馈通单元的一端与光中继 器一侧的海底光缆连接，另一端与光电单元连接；第二接续馈通单元 的一端与光电单元连接，另一端与光中继器另一侧的海底光缆连接； 第一接续馈通单元、第二接续馈通单元内部的馈电结构基本一致，区 别在于：第一接续馈通单元内部的馈电结构与外部壳体之间实现电绝 缘，第二接续馈通单元内部的馈电结构与外部壳体之间实现电导通。

第一接续馈通单元在实现光中继器一侧的海底光缆内部的光纤 与光电单元的光纤熔接、盘绕、固定及馈电导通的同时，在机械结构 方面，还实现光中继器该侧的海底光缆与光电单元的物理联接；第二 接续馈通单元在实现光中继器另一侧的海底光缆内部的光纤与光电 单元的光纤熔接、盘绕、固定及馈电导通的同时，在机械结构方面， 还实现光中继器另一侧的海底光缆与光电单元的物理联接。

参见图1所示，光电单元包括基座1和2个无源器件3，基座1 为整个光电单元的安装本体，基座1的一侧为无源器件安装区域，该 安装区域上下对称的位置各固定一个无源器件3，每个无源器件3对 应单个光纤对。光电单元还可以包括固定带7、固定带压板8，无源 器件3可以通过固定带7、固定带压板8定位并固定。该安装区域还 设置有第一散热座，第一散热座上安装有2个泵浦激光器4，对应单 个光纤对。光电单元的两端各设置有一个光纤馈通体5、一个导热垫 6，2个导热垫6的中部均开有安装孔，每个光纤馈通体5的一端分 别与无源器件3、泵浦激光器4相连，每个光纤馈通体5的另一端均 从光电单元对应端部的导热垫6的安装孔穿出，每个光纤馈通体5穿 出的端部套有一个光纤馈通体密封圈2。基座1的两侧均开有通孔， 无源器件3的光纤通过基座1的通孔，到达基座1的另一侧。

参见图2所示，基座1的另一侧为无源器件3的光纤与饵纤熔接 盘绕的区域，从基座1的通孔引入的无源器件3的光纤与盘绕在该区 域的饵纤进行熔接，并按照一定方式盘绕，已完成熔接及盘绕的光纤 上设置有起限制及保护作用的光纤压条9，固定带7上设置有起定位 及固定作用的压块10。该区域设置有第二散热座，第二散热座上也 安装有2个泵浦激光器4，对应单个光纤对。

完成两个纤对光路的熔接及盘绕固定后，光电单元的4根输入输 出光纤将分别穿入两侧的光纤馈通体5、并穿出光电单元，以备后续 与海底光缆内部的光纤进行熔接，导热垫6将光电单元内部的4个泵 浦激光器4产生的热量导出。

参见图3所示，基座1的两侧相对的位置各安装有一个第一供电 电路板11，每个第一供电电路板11为单个光纤对的泵浦激光器4供 电。第一供电电路板11上安装有散热底座13，散热底座13上安装 有稳压二极管12。

每个泵浦激光器4的上表面均紧贴有一个用于固定泵浦激光器4 的泵浦激光器压板14，泵浦激光器4的散热面与基座1的散热面良 好接触，以确保泵浦激光器4的散热可靠性。

光电单元内部器件组装调测完成后，对基座1进行封装及保护。

参见图4所示，基座1的两端各设置有一个基座封装端盖15， 基座1的外部套有承压筒16，两个基座封装端盖15通过两个锁紧螺 杆18(M12螺杆)锁紧并挤压承压筒16，两个基座封装端盖15与承 压筒16共同形成一个高可靠性密封腔体。每个基座封装端盖15与承 压筒16的压接处均镶嵌有一个金属密封圈17，以实现整个腔体的气 密及水密。基座封装端盖15通过封装螺栓19(M4螺栓)与腔体内 部的基座装配体固定连接，以防止基座装配体在密封腔体内部转动。

参见图5所示，第一接续馈通单元包括第一光纤存储盘30、第 一光纤盘固定板28、第一通用接头金属箍26、第一馈通连接组件32、 第二供电电路板31，第一光纤存储盘30通过第一光纤盘固定板28 与第一通用接头金属箍26连接，第一通用接头金属箍26通过第一馈 通连接组件32与第二供电电路板31电连接。光中继器一侧的海底光 缆内部的光纤与光电单元的光纤在第一光纤存储盘30内部完成熔接 盘绕及存储保护。

第一通用接头金属箍26为标准的海底光缆成端构件，用于实现 光中继器一侧的海底光缆与光电单元的机械连接，并在密闭腔体内实 现光中继器一侧的海底光缆内部的光纤与光电单元输出光纤的熔接 及存储，通过海底光缆传输的中继器驱动电流也由第一通用接头金属 箍26、第一馈通连接组件32导入第二供电电路板31，第二供电电路 板31对光中继器一侧的海底光缆导入的恒定直流电进行处理后再导 入光电单元。

参见图5所示，第一光纤存储盘30的上表面安装有第一熔点固 定组件29，第一熔点固定组件29用于固定光纤熔点保护热缩套管。

参见图5所示，第一接续馈通单元还包括第一抗压保护端盖22， 第一抗压保护端盖22的一端通过两个第一抗压螺栓20(高强度M12 螺栓)与光电单元固定连接，另一端通过第一锁紧螺母21(M8螺母) 与第一光纤盘固定板28固定连接，第一抗压保护端盖22与第一通用 接头金属箍26之间设置有内陶瓷绝缘环25，第一通用接头金属箍26 与第一光纤盘固定板28之间设置有外陶瓷绝缘环27，内陶瓷绝缘环 25与外陶瓷绝缘环27共同作用，使第一通用接头金属箍26与外部 壳体及其它金属构件绝缘。第一抗压保护端盖22与内陶瓷绝缘环25 之间镶嵌有第一金属C型密封圈23、第一金属弹性密封圈24，使第 一抗压保护端盖22与内陶瓷绝缘环25之间形成一个密闭腔体。第一 金属C型密封圈23、第一金属弹性密封圈24可实现对该密闭腔体的 密封(气密)。

参见图6所示，第二接续馈通单元包括第二光纤存储盘35、第 二光纤盘固定板34、第二通用接头金属箍40、第二馈通连接组件38， 第二光纤存储盘35通过第二光纤盘固定板34与第二通用接头金属箍 40连接，第二通用接头金属箍40通过第二馈通连接组件38与光电 单元连接。光中继器另一侧的海底光缆内部的光纤与光电单元的光纤 在第二光纤存储盘35内部完成熔接盘绕及存储保护。

第二通用接头金属箍40为标准的海底光缆成端构件，第二通用 接头金属箍40用于实现光中继器另一侧的海底光缆与光电单元的机 械连接，并在该密闭腔体内实现光中继器另一侧的海底光缆内部的光 纤与光电单元的光纤之间的熔接及存储，通过光中继器另一侧的海底 光缆传输的中继器驱动电流由第二通用接头金属箍40、第二馈通连 接组件38导入光电单元。

参见图6所示，第二光纤存储盘35的上表面安装有熔点固定块 36，熔点固定块36上安装有熔点固定带压条37，熔点固定块36、熔 点固定带压条37用于固定光纤熔点保护热缩套管。

参见图6所示，第二接续馈通单元还包括第二抗压保护端盖39， 第二抗压保护端盖39的一端通过两个第二抗压螺栓43(高强度M12 螺栓)与光电单元固定连接，另一端通过第二锁紧螺母42(M8螺母) 与第二光纤盘固定板34固定连接；第二抗压保护端盖39与第二通用 接头金属箍40之间镶嵌有第二金属C型密封圈41、第二金属弹性密 封圈33，使第二抗压保护端盖39与第二通用接头金属箍40之间形 成一个密闭腔体，第二金属C型密封圈41、第二金属弹性密封圈33 可实现对该密闭腔体的密封(气密)。

光电单元与第一接续馈通单元、第二接续馈通单元组装完成后， 采用一种整体注塑工艺在整个装配体上覆盖一层PE绝缘层，以保证 光中继器整体的绝缘可靠性，同时实现整体结构密封。光中继器的集 成、组装、整体注塑完成后，外部由承压筒包裹及保护，承压筒通过 两侧铠装结构件与海底光缆外部铠装进行压接，以确保在海底光缆系 统吊装、运输及施工过程中，由海底光缆外部铠装及承压筒传递、承 受所有施加在海底光缆上的外部作用力，避免光中继器受力，完成光 中继器的最后封装及保护。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘 若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这 些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。