基于optisystem的edfa仿真設計

1、第1頁 共35 頁了 EDFA的基本原理及結構，闡述了影響EDFA性能的本文，分析了波分復用（ WDM）技術及系統(tǒng)的設計原理，介紹了常見的仿真國內(nèi)外仿真現(xiàn)狀以及Optisystem強大的仿真功能。并在此基礎上，給出了基于Optisystem的波分復用WD系M 統(tǒng)中EDFA的應用和要求以及光傳輸鏈路仿真模型的搭建，概述了在。對復用后的光信號進行仿真得出光譜圖，了各信道的增益情況，驗證了光纖的兩個窗口。本文還對鏈路傳輸性能及EDFA的摻鉺光纖長度，泵浦功率等參數(shù)進行分析，得到了各種泵浦工作方式下的增益特性，EDFA最佳長度以及飽和增益特性曲線，并驗證了EDFAEDFA設計。的正確性和設計方案的可行

2、性，近而得出最佳化的摻鉺光纖放大器增益仿真 波分復用第2 頁 共35 頁目錄1 引言11.11摻鉺光纖放大器仿真的目的及意義1.21摻鉺光纖放大器仿真的現(xiàn)狀1.3optisystem2簡介1.42本文的主要內(nèi)容2 摻鉺光纖放大器的理論22.12摻鉺光纖放大器的工作原理摻鉺光纖放大器的性能分析2.262.310摻鉺光纖放大器的應用3 摻鉺光纖放大器的仿真分析113.111摻鉺光纖放大器的增益特性分析摻鉺光纖放大器的噪聲特性分析3.2163.319摻鉺光纖放大器的多信道放大特性4 摻鉺光纖放大器在高速通信系統(tǒng)中的應用214.1 40G 單模光纖傳輸系統(tǒng)214.2 8*10G WDM系統(tǒng)性能分析23

3、31結論32致謝33參考文獻第3頁 共35 頁1 引言隨著光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展,系統(tǒng)密集波分復用技術越來越廣泛的應用到系統(tǒng)中的復雜性也在不斷的增加,因而光纖通信系統(tǒng)的計算機輔助設計系統(tǒng)變得非常重要。光( 如數(shù)字通纖通信系統(tǒng)是一門多學科專業(yè)交叉滲透的綜合技術，它涉及到通信基礎理論信技術) ,微波技術 ( 如光纖信道的電磁場分析)以及電路設計與微電子技術( 如 A2SIC集成電路 )等，無論是系統(tǒng)的規(guī)劃與設計還是新型傳輸系統(tǒng)與體制的探索與，都要遇到冗長繁雜的計算。為了高效地完成日趨復雜通信系統(tǒng)的仿真，在對光纖通信系統(tǒng)分析的基礎上利用仿真建立了高速大容量光纖系統(tǒng)的仿真模型，得到了高速光纖通信系統(tǒng)特性激

4、光器的調(diào)制頻率偏置電流的關系以及光纖的損耗和色散的仿真結果，亦可利用仿真非常靈活地設計滿足需要的仿真系統(tǒng)。1.1 摻鉺光纖放大器仿真的目的及意義,利用現(xiàn)代的計算機進行光纖通信系統(tǒng)的仿真可以直接搭建激光器、光纖及測試儀器的模型 ,并在此基礎上進行器件、系統(tǒng)的性能分析和測試避免了直接的昂貴的器件和設備投資。同時系統(tǒng)的仿真對器件選型、系統(tǒng)結構優(yōu)化及整體系統(tǒng)的可形性研意義。此外, 為了驗證其性能是否合乎要求,具有還需反復進行實驗與,費工費時 ,測試。如果每次都直接用真實系統(tǒng)進行實驗不僅耗資昂貴有時甚至難于找到問題癥結所在,因此, 即通解決上述問題的有效方法是采用計算機仿真技術,過建立部件乃至系統(tǒng)的模型

5、并用模型在計算機上做實驗利用計算機的高速運算處理能力 ,設計以及性能優(yōu)化與評估測試。顯然,完成對光纖通信設備與系統(tǒng)的分析、,建立光纖通信系統(tǒng)的計算機仿真研發(fā)周期。隨著通信技術的發(fā)展,既能提高設計的一次成功率又能大大縮短,通信網(wǎng)絡的數(shù)量和復雜度的迅速增長在通信系統(tǒng)設計中運用計算機仿真技術已成為新系統(tǒng)設計時縮短設計周期、提高設計可靠性和已,有系統(tǒng)性能改進的不可缺少的工具。新產(chǎn)品研制周期和節(jié)省投資費用還能極大地促,并為相關工程技術進光纖通信的基礎理論的技術培訓提供理想實驗。1.2 摻鉺光纖放大器仿真的現(xiàn)狀仿真分為電路級仿真和系統(tǒng)級仿真。電路級仿真就是由電阻、電容、電感等組成等效的電路模型來模擬器件的

6、外特性。系統(tǒng)級仿真是用傳輸函數(shù)或數(shù)學公式來模擬器件的,用于電路分析時 ,外特性的模擬。 國外已有一些光纖通信系統(tǒng)仿真其側重點不同第4頁 共35 頁s 是一種界面友好的光鏈路仿真,它包括光纖器件模型,例如但只適用于單一波長系統(tǒng)。 SCOPE是一種把系統(tǒng)的光電器件和光器件用兩端口網(wǎng)絡模型來模擬的非線性,其主要 用途是對 在微波 頻率 的光通信 系 統(tǒng)進 行仿 真 。 DEXSOLUS微波仿真(Simulation of Light Using Spice)是基于 Spice電路仿真的于光通信領域的信號,它采用等效電路模型來模擬光電器件, 這些模型的光功率在仿真中用電壓來如iS和 MISIM 等。I

7、BM 的 OLA P(Opt ical Link A表征。還有其它電路級的仿真nalysis Program )是一個把 SYSTID和低級的光器件仿真綜合起來應用的。還有iFROST等,一些新的仿真如用戶可調(diào)用其他仿真來提供混合級的仿真環(huán)境。1.3 optisystem簡介Optisystem 允許對物理層任何類型的虛擬光連接和寬帶光網(wǎng)絡的分析，從遠距離通訊到 MANS和 LANS都適用。它的廣泛應用包括 :物理層的器件級到系統(tǒng)級的光通訊系統(tǒng)設計、 CATV或者 TDM?0WDM網(wǎng)絡設計、 SONE?0TSDH的環(huán)形設計， Radio over Fiber系統(tǒng)，空間光通信系統(tǒng)（FSO）、傳輸

8、器、信道、放大器和的設計、色散圖設計、不同接受模式下誤碼率（BER）和系統(tǒng)代價（ penalty預算計算主要特點。）的評估、放大的系統(tǒng)BER和連接1.4 本文的主要內(nèi)容了 EDFA的基本原理及結構，闡述了影響EDFA性能的本文，分析了波分復用（ WDM）技術及系統(tǒng)的設計原理，介紹了常見的仿真國內(nèi)外仿真現(xiàn)狀以及Optisystem強大的仿真功能。 并在此基礎上， 給出了基于 Optisystem的波分復用WDM系統(tǒng)中 EDFA的應用和要求以及了各信道的增益情況，驗證了光纖的兩個光傳輸鏈路仿真模型的搭建，概述了在對復用后的光信號進行仿真得出光譜圖，。EDFA的摻鉺光纖長度，泵浦功率等參數(shù)進行分析，

9、得窗口。本文還對鏈路傳輸性能及到了各種泵浦工作方式下的增益特性，EDFA最佳長度以及飽和增益特性曲線，并驗證了EDFA的正確性和設計方案的可行性，近而得出最佳化的EDFA設計。2 摻鉺光纖放大器的理論2.1 摻鉺光纖放大器的工作原理第5 頁 共35 頁EDFA 的基本結構如圖2.1 所示，它主要由有源媒質(zhì)( 幾十米左右長的摻鉺石英-6(25-1000)x10) 、泵浦光源3-5 微米，摻雜濃度(990 或1480nm LD) 、光光纖，芯徑耦合器及光( 同向泵器等組成。信號光與泵浦光在鉺光纖內(nèi)可以在同一方向浦) 、相反方向( 反向泵浦 ) 或兩個方向( 雙向泵浦 )。當信號光與泵浦光同時注入到

10、鉺光纖中時，鉺離子在泵光作用下激發(fā)到高能級上，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級上，在入射信號光作用下回到基態(tài)時發(fā)射對應于信號光的光子，使信號得到放(ASE) 譜，帶寬很大( 達20-40nm) ，且有兩個峰值，分別對大。其放大的自發(fā)發(fā)射應于 1530nm 和1550nm。其中摻鉺光纖提供放大,泵浦源提供足夠強的泵浦功率,波分復用器起信號光與泵浦光的混合作用。泵浦源：為信號放大提供足夠強的功率，使物質(zhì)達到粒子數(shù)反轉分布。光耦合器： 將信號光和泵浦光耦合進入摻鉺光纖。光器： 使光傳輸具有單向性，反饋光信號，保證穩(wěn)定工作。摻鉺光纖：提供光放大。摻鉺光纖是光纖放大器的核E1，E2和 E3， 其中,E 1 是基態(tài)能級， E2是亞穩(wěn)態(tài)心，鉺離子的外層電子具有三能級結構能級， E3是高能級。如圖 2.2 所示圖 2.1圖 2.2 鉺粒子能級圖摻鉺光纖放大器的基本結構,當用高能量的泵浦激光器來激勵摻鉺光纖時可以使鉺離子的電子從基態(tài)能級大量激發(fā)到高能級上。 然而,高能級是不穩(wěn)定的 ,