OptiSystem仿真模型案例

1、OptiSystem仿真軟件模型案例光發(fā)送機(jī)(OpticalTransmitters)設(shè)計(jì)1.1光發(fā)送機(jī)簡介1.2光發(fā)送機(jī)設(shè)計(jì)模型案例：鈮酸鋰(LiNbO3)型Mach-Zehnder調(diào)制器的啁啾(Chirp)分析光接收機(jī)(OpticalReceivers)設(shè)計(jì)2.1光接收機(jī)簡介2.2光接收機(jī)設(shè)計(jì)模型案例：PIN光電二極管的噪聲分析光纖(OpticalFiber)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1光纖簡介3.2光纖設(shè)計(jì)模型案例：自相位調(diào)制(SPM)導(dǎo)致脈沖展寬分析光放大器(OpticalAmplifiers)設(shè)計(jì)4.1光放大器簡介4.2光放大器設(shè)計(jì)模型案例：EDFA的增益優(yōu)化光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDMSystems)

2、設(shè)計(jì)5.1光波分復(fù)用系統(tǒng)簡介5.2光波分復(fù)用系統(tǒng)使用OptiSystem設(shè)計(jì)模型案例：陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器(AWG)的設(shè)計(jì)分析光波系統(tǒng)(LightwaveSystems)設(shè)計(jì)6.1光波系統(tǒng)簡介6.2光波系統(tǒng)使用OptiSystem設(shè)計(jì)模型案例：40G單模光纖的單信道傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)色散補(bǔ)償(DispersionCompensation)設(shè)計(jì)8.1色散簡介色散補(bǔ)償模型設(shè)計(jì)案例：使用理想色散補(bǔ)償元件的色散補(bǔ)償分析孤子和孤子系統(tǒng)(SolitonSystems)9.1孤子和孤子系統(tǒng)簡介孤子系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)案例：結(jié)語光發(fā)送機(jī)(OpticalTransmitters)設(shè)計(jì)ii光發(fā)送機(jī)簡介一個基本的光通訊系統(tǒng)主要

3、由三個部分構(gòu)成，如下圖l.i所示:圖l.i光通訊系統(tǒng)的基本構(gòu)成1）光發(fā)送機(jī)2）傳輸信道3）光接收機(jī)作為一個完整的光通訊系統(tǒng)，光發(fā)送機(jī)是它的一個重要組成部分，它的作用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，并有效地把光信號送入傳輸光纖。光發(fā)送機(jī)的核心是光源及其驅(qū)動電路?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的有兩種半導(dǎo)體光源：發(fā)光二級管（LED）和激光二級管（LD）。其中LED輸出的是非相干光，頻譜寬，入纖功率小，調(diào)制速率低；而LD是相干光輸出，頻譜窄，入纖功率大、調(diào)制速率高。前者適宜于短距離低速系統(tǒng)，后者適宜于長距離高速系統(tǒng)。一般光發(fā)送機(jī)由以下三個部分組成：1）光源（OpticalSource）：般為LED和LD。2）脈沖驅(qū)動電路（E

4、lectricalPulseGenerator）：提供數(shù)字量或模擬量的電信號。3）光調(diào)制器（OpticalModulator）：將電信號（數(shù)字或模擬量）“加載”到光波上。以光源和調(diào)制器的關(guān)系來看，可劃分為光源的內(nèi)調(diào)制和光源的外調(diào)制。采用外調(diào)制器,讓調(diào)制信息加到光源的直流輸出上，可獲得更好的調(diào)制特性、更好的調(diào)制速率。目前常采用的外調(diào)制方法為晶體的電光、聲光及磁光效應(yīng)。圖1.2為一個基本的外調(diào)制激光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)：在該結(jié)構(gòu)中，光源為頻率193.1Thz的激光二極管，同時我們使用一個Pseudo-RandomBitSequenceGenerator模擬所需的數(shù)字信號序列，經(jīng)過一個NRZ脈沖發(fā)生器（Non

5、e-Return-to-ZeroGenerator轉(zhuǎn)換為所需要的電脈沖信號，該信號通過一個Mach-Zehnder調(diào)制器，通過電光效應(yīng)加載到光波上，成為最后入纖所需的載有“信息”的光信號。1.2光發(fā)送機(jī)模型設(shè)計(jì)案例：鈮酸鋰（LiNbO3）型Mach-Zehnder調(diào)制器中的啁啾（Chirp）分析1.2.1設(shè)計(jì)目的通過本設(shè)計(jì)實(shí)例，我們對鈮酸鋰Mach-Zehnder調(diào)制器中的外加電壓和調(diào)制器輸出信號的啁啾量的關(guān)系進(jìn)行了模擬和分析，從而決定具體應(yīng)用中MZ調(diào)制器的外置偏壓的分布和大小。1.2.2原理簡介對于處于直接強(qiáng)度調(diào)制狀態(tài)下的單縱模激光器，其載流子濃度的變化是隨注入電流的變化而變化。這樣使有源區(qū)

6、的折射率指數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致激光器諧振腔的光通路長度相應(yīng)變化，結(jié)果致使振蕩波長隨時間偏移，導(dǎo)致所謂的啁啾現(xiàn)象。啁啾是高速光通訊系統(tǒng)中一個十分重要的物理量，因?yàn)樗鼘φ麄€系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量都有關(guān)鍵的影響。1.2.3模型的設(shè)計(jì)布局圖外調(diào)制器由于激光光源處于窄帶穩(wěn)頻模式，我們可以降低或者消除系統(tǒng)的啁啾量。一個典型的外調(diào)制器是由鈮酸鋰（LiNO3）晶體構(gòu)成。本設(shè)計(jì)實(shí)例中，我們通過對該晶體外加電壓的分析調(diào)整而最終減少該光發(fā)送機(jī)中的啁啾量，其模型的設(shè)計(jì)布局圖如圖1.3所示：IJf&rDaiiri4dPitSequariosGa總FprBtrate=fitnteBtsrtLdiiuPassGaussi

7、anFilter登yJojOpticaTimeDornahUNbrch-&hr*rbduiHtorCLtflfffracpan=O.TJc&tralel-teCWUjntFraquarcv=TH:Poui0-=fldErri日Eccrl肋GdnGain-申OfdlloECdpdEU3li2Ar_1圖1.3雙驅(qū)動型LiNbO3Mach-Zehnder調(diào)制激光發(fā)送機(jī)設(shè)計(jì)圖1.2.4模擬分析在圖1.3中，驅(qū)動電路1的電壓改變量AV和驅(qū)動電路2的電壓改變量AV2是相同的。圖1.4為MZ調(diào)制器的參數(shù)設(shè)定窗口。其中MZ調(diào)制器以正交模式工作，外置偏壓位于調(diào)制器光學(xué)響應(yīng)曲線的中點(diǎn)，使偏壓強(qiáng)度為其峰值的一半。而

8、消光系數(shù)設(shè)為200dB,以避免任何由于不對稱Y型波導(dǎo)而導(dǎo)致的啁啾聲。對于雙驅(qū)動調(diào)制器而言，兩路的布局是完全一樣的3,所以這里可使用一個Fork將信號復(fù)制增益（本例設(shè)有三次參數(shù)掃描過程中，V2大小分別為V的-1,0，-3倍）后到MZ調(diào)制器的另一個輸入口。圖1.4LiNbO3Mach-Zehnder調(diào)制器的參數(shù)設(shè)置啁啾（Chirp）量可根據(jù)兩路的驅(qū)動偏壓值得到，如公式1.1，其中V,V2分別為兩個驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓，a為啁啾系數(shù)：TOC o 1-5 h z+V(1)a，12V12圖1.5為一系列信號脈沖輸入時，在2,3口的電壓V=-V2=2.0V時波形。根據(jù)公式1.1可知在這種情況下，啁啾系數(shù)a為

9、0,而實(shí)際模擬出來的結(jié)果可見圖1.6。2dOisidlhj曹cop皂Vi曹LiElizErrauCTCD3ngrLalIndex!UM:Mm：|-1.1802n&OscilloscopeVisualizerDblClickOnObjectstoopenproperties.MoveObjectswithMouse1n2nTiEE倒AutoSetAiriplitudt!a.u.a.u.圖1.5輸入口2的電壓為2.0V,輸入口3的電壓為-2.0V時的電壓波形2S1OpticalTimeDomainVisualizerSOpticalTimeDomainVisualizerDblClickOnObj

10、ectstoopenproperties.MoveObjectswithMouseTime(s)01n2n3nIIIIIIIIIIIIIIII:IirirI-隹11_La丄“7Ii11-iiiiii1OJEL口CICIr-口00口00LAiTiplitnde01n2n3n._JimE(g)Poiftj&r陽懈工托卩口眥r丫/皆AnalysisLFhaseChirp圖1.6V=-V2=2.0V時，輸出的光信號波形及其啁啾量（Chirp）此外，為了觀察啁啾量隨電壓的改變情況，當(dāng)設(shè)定外加偏壓為V=-3V2=3.0V時，根據(jù)公式1可得到a為0.5,輸入口2，3和輸出口的信號波形可參見圖1.7,1.8：

11、2SlZJAutoSet01n2nTim巳(s)3nsOscilloscopeVisualizer_1DblClickOnObjectstoupenpruperties.Mov已ObjectswithMouse0(Fr-wpnM.duJnDs：匸illorstopE日HzefCT5CD坐O圖1.7當(dāng)V=-3V2=3.0V時，輸入口2,3的電信號波形以上兩次不同V,V2外置偏壓的情況下，OptiSystem提供了實(shí)際情況的模擬仿真，并可得到一系列結(jié)果：1）當(dāng)V1=-V2=2.0V時，如圖1.6所示，其中的亮紅線為光發(fā)射器的啁啾量，可得到其大小約為100Hz；相對于光源的頻率，這個啁啾量在實(shí)際情況

12、中可基本視為零。2）當(dāng)V=-3V2=3.0V時，如圖1.8所示，啁啾量的大小約為3GHz，這個大小的啁啾量在實(shí)際情況中對輸出光信號的靈敏度以及最終所能傳輸?shù)木嚯x都會有十分嚴(yán)重的影響，需要設(shè)計(jì)者避免和消除。從本設(shè)計(jì)案例中，我們可以利用OptiSystem提供的元件和分析功能設(shè)計(jì)并得到關(guān)于LiNbO3Mach-Zehnder調(diào)制器中的啁啾量大小隨兩路輸入電壓的變化關(guān)系，從而可在實(shí)際設(shè)計(jì)時針對一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和分析，以得到最佳的效果；更多關(guān)于Mach-Zehnder調(diào)制器的啁啾的分析可參見文獻(xiàn)1-3。參考文獻(xiàn)：Cartledge,J.C.;Rolland,C.;Lemerle,S.;Solheim,

13、A.,“Theoreticalperformanceof10GbpslightwavesystemsusingaIII-VsemiconductorMach-Zehndermodulator.IEEEPhotonicsTechnologyLetters,Volume:6Issue:2,Feb.1994,Pages:282-284.Cartledge,J.C.;“Performanceof10GbpslightwavesystemsbasedonlithiumniobateMach-ZehndermodulatorswithasymmetricY-branchwaveguides”.IEEEPh

14、otonicsTechnologyLetters,Volume:7Issue:9,Sept.1995,Pages:1090-1092.AT&TMicroelectronics.“TheRelationshipbetweenChirpandVoltagefortheAT&TMach-ZehnderLithiumNiobateModulators”.TechnicalNote,October1995.光接收機(jī)(OpticalReceivers)設(shè)計(jì)21光接收機(jī)簡介在光纖通訊系統(tǒng)中，光接收機(jī)的任務(wù)是以最小的附加噪聲及失真，恢復(fù)出由光纖傳輸后由光載波所攜帶的信息，因此光接收機(jī)的輸出特性綜合反映了整個光

15、纖通訊系統(tǒng)的性能。一般一個基本的光接收機(jī)有以下三個部分組成，可見圖2.1：1）光檢測器通常，接收到光脈沖所載的信號代表著0或者1的數(shù)位，利用光檢測器，其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。目前廣泛使用的光檢測器是半導(dǎo)體光電二極管，主要有PIN管和雪崩光電二極管，后者又稱APD管。2）放大器包括前置放大器和主放大器，前者與光電檢測器緊相連，故稱前置放大器。在一般的光纖通訊系統(tǒng)中，經(jīng)光電檢測器輸出的光電流是十分微弱的，為了保證通信質(zhì)量，顯然，必須將這種微弱的電信號通過放大器進(jìn)行放大。在OptiSystem提供的Photodiode元件中已內(nèi)置了前置放大器。3）均衡器、濾波器需要均衡器、濾波器等其他電路裝置對信號進(jìn)行進(jìn)一

16、步的處理，消除放大器及其他部件（如光纖）等引起的波形失真，并使噪聲及碼間干擾減到最小。接收機(jī)的噪聲和接受機(jī)的帶寬是成正比的，當(dāng)使用帶寬小于碼率的的低通濾波器時，可以降低系統(tǒng)的噪聲。4）解調(diào)器為了使信碼流能夠并有利于在光纖系統(tǒng)中傳輸，光發(fā)射機(jī)輸出的信號是經(jīng)過編碼處理的，為了使光接收機(jī)輸出的信號能在PCM系統(tǒng)中傳輸，則需要將這些經(jīng)編碼處理的信號進(jìn)行復(fù)原。在該結(jié)構(gòu)中，在已經(jīng)內(nèi)建了判決器和時鐘恢復(fù)電路的誤碼率分析儀（BERAnalyzer）中可以得到最終復(fù)原的信號，并可對最終的輸出信號的誤碼率等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測、分析。22光接收機(jī)模型設(shè)計(jì)案例：PIN光電二極管的噪聲分析2.2.1設(shè)計(jì)目的影響光接收機(jī)性

17、能的主要因素就是接收機(jī)內(nèi)的各種噪聲源。接收機(jī)中的放大器本身電阻會引入熱噪聲(ThermalNoise)，而放大器的晶體管會引入散粒噪聲(ShotNoise)，而且多級放大器中會將前級的噪聲同樣放大，計(jì)算分析這些噪聲對我們分析、優(yōu)化光接收機(jī)以及整個光通訊系統(tǒng)都是有十分重要的作用。2.2.2原理簡介噪聲是一種隨機(jī)性的起伏量，它表現(xiàn)為無規(guī)則的電磁場形式，是電信號中一種不需要的成分,干擾實(shí)際系統(tǒng)中信號的傳輸和處理，影響和限制了系統(tǒng)的性能。在光接收機(jī)中，可能存在多種噪聲源，它們的引入部位如圖2.2所示。光檢測器hf光電效應(yīng)增益前放偏置電阻量子(散粒)噪聲暗電流噪聲倍增噪聲熱噪聲放大器噪聲背景噪聲漏電流噪

18、聲圖2.2光接收機(jī)中的噪聲源及其分布2.2.3模型的設(shè)計(jì)布局圖圖2.3為PIN光電二極管噪聲分析的OptiSystem設(shè)計(jì)布局圖：r:c：vc：r；,-PRBSPulf*:Gc：rit：rat-zrBitrate=Bitfate:AtonuaterMenLiatn=35dBAV-FilterCutofffrequency=BitratuHe1-I:Forii：ixz1nrPhotodiodeniermal仃oise=DW/HzAddskrtnoisa=YES圖2.3光電二極管的噪聲分析的設(shè)計(jì)布局圖PhEitijiiiodeDjtoff=BitrzteHzThermalrmise=.SSIe-D

19、ZSihi7HzAddh:-tn:ifa=MCI圖2.4光電二極管的ShotNoise（上圖）圖2.5光電二極管的ThermalNoise（下圖）如圖2.3所示，從外調(diào)制激光發(fā)送機(jī)輸出的調(diào)制光信號，經(jīng)衰減器后，由Fork復(fù)制為兩路相同的信號分別送入不同噪聲設(shè)置的光電二極管。上端的PIN管不考慮熱噪聲，而具有ShotNoise；而下端的PIN管的熱噪聲為1.85e-25W/Hz,沒有ShotNoise,然后分別送入濾波器和最終的誤碼率分析儀中，其中兩路中的低通濾波器的截止頻率和碼率都是一樣的。在圖2.4中，用戶可以看到上端PIN管中ShotNoise是依賴于信號強(qiáng)度大小的。而在圖2.5中，下端的

20、PIN管不計(jì)入ShotNoise，而只考慮熱噪聲；可以發(fā)現(xiàn)該噪聲的大小也是依賴于信號強(qiáng)度的。從本例中,我們可以觀察到熱噪聲和散粒噪聲對最終傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量的影響,并可以根據(jù)數(shù)據(jù)模擬有個定量的分析和計(jì)算。此外，還可以對噪聲參數(shù)的調(diào)試，觀測不同噪聲對整個系統(tǒng)性能的影響程度的大小。并且，我們可以得出，在這樣一個小信號系統(tǒng)中，光檢測器的偏置電阻及放大器電路的熱噪聲是最主要的噪聲源。光纖(OpticalFiber)系統(tǒng)設(shè)計(jì)涂覆層包層圖3.1光纖結(jié)構(gòu)纖芯3.1光纖簡介光纖通信與電信的主要差異之一，即是利用光纖來傳輸光信號。光纖有不同的結(jié)構(gòu)形式目前，通信用的光纖大多數(shù)是利用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻

21、璃體，外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫纖芯，其折射率為叫；折射率低的外圍部分稱為包層，折射率為n2(n1),如圖3.1：在本章中，并不針對光纖具體的折射率分布等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹和討論，因?yàn)镺ptiWave提供了專門針對光纖設(shè)計(jì)和分析的專門軟件：OptiFiber,而OptiSystem可以將在OptiFiber中設(shè)計(jì)的光纖直接輸入調(diào)用，十分方便。在本章中，我們主要討論的是光纖的損耗，色散以及非線性等傳輸過程中的效應(yīng)對光通訊系統(tǒng)的性能的分析以及影響。光纖的損耗特性光纖的傳輸損耗是光纖通信系統(tǒng)中一個至關(guān)重要的問題，低損耗是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光通訊的前提，光纖損耗的原因十分復(fù)雜，歸結(jié)起來

22、主要包括：吸收損耗和散射損耗，以及輻射損耗。吸收損耗：吸收損耗包括紫外吸收、紅外吸收和雜質(zhì)吸收等，它是材料本身所固有的,因此是一種本征吸收損耗。散射損耗：散射與光纖材料及光波導(dǎo)中的結(jié)構(gòu)缺陷、非線性效應(yīng)有關(guān)。一般包括：瑞利散射損耗、波導(dǎo)散射損耗和非線性損耗。輻射損耗：光纖使用過程中，彎曲往往不可避免，在彎曲到一定的曲率半徑時，就會產(chǎn)生輻射損耗。光纖的色散特性及帶寬光信號在光纖中傳輸時不但幅度會因損耗而減小，波形亦會發(fā)生愈來愈大的失真，脈沖展寬，從而限制了光纖的最高信息傳輸速率。這種失真是由于信號中的各種分量在光纖中的群速度不同(因而時延不同)引起的。這些分量包括發(fā)送信號調(diào)制和光源譜寬中的頻率分量

23、及光纖中的不同模式分量。時延失真是由于光纖色散而產(chǎn)生的，一般包括以下幾種：模間色散：多模光纖中由于各個導(dǎo)模之間群速度不同造成模間色散。在發(fā)送機(jī)多個導(dǎo)模同時激勵時，各個導(dǎo)模具有不同的群速，到達(dá)接收端的時刻不同。波導(dǎo)色散：這是某個導(dǎo)模在不同波長(光源有一定的譜寬)下的群速度不同引起的色散，它與光纖結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)效應(yīng)有關(guān)，又稱為結(jié)構(gòu)色散。材料色散：這是由于光纖材料的折射率隨光頻率呈非線性變化，而光源有一定譜寬，于是不同的波長引起不同的群速度。偏振模色散：普通單模光纖實(shí)際上傳輸兩個相互正交的模式，實(shí)際在單模光纖存在各種少量隨機(jī)的不確定性，不對稱性，造成了兩個偏振模的群時延不同，導(dǎo)致偏振模色散。3.2光纖模

24、型設(shè)計(jì)案例：自相位效應(yīng)(SPM)-InducedSpectralBroadening3.2.1設(shè)計(jì)目的對自相位調(diào)制(Self-PhaseModulation：SPM)在脈沖傳播上的模型進(jìn)行模擬和驗(yàn)證。主要包括兩個方面：脈沖啁啾(PulseChirping)脈沖光譜展寬(PulseSpectralBroadening)3.2.2原理簡介自相位調(diào)制(SPM)效應(yīng)可由式3.1進(jìn)行描述：(3.1)(3.2),E=i|E|2E，z其中E(Z,t)是電場波包，參數(shù)Y由式3.2給出：n=20cAeff在方程3.2中，是光載波頻率，n2是非線性折射率系數(shù)，Aeff是有效作用面面積?？筛鶕?jù)方程3.1直接進(jìn)行求解

25、得到：E(z,t)=E(z=0,t)exp(i|E(z=0,t)I2z)從該式可知，經(jīng)過自相位調(diào)制后，脈沖的波形(即：|E(Z,t)|2=|E(Z=0,t)|2)不受影響。而相位變化項(xiàng)NL=|E(Z=0,t)|2表明經(jīng)過自相位調(diào)制后，脈沖的瞬時頻率相對原先載波的頻率已有所改變。頻率改變量跑(t)由式3.3給出：(t)=nl(3.3),t該頻率的改變和時間的關(guān)系導(dǎo)致了啁啾聲的產(chǎn)生。3.2.3模型的設(shè)計(jì)布局圖為了驗(yàn)證SPM效應(yīng)，我們可以設(shè)計(jì)以下布局圖3.2：OpticalSpHctnjm.islvzerS/5OpticalTimeDurnain.IsualizerOpticalTimeDomain

26、visualizer_lOpticalGaussianPulseGeneraturFri目=1550nmPoijier=1irij1OpticalSpectmiTi1D1UserDefinedBrtSeiiuenceGm吃Bitrate=BitrateBilOpticalFiberLength=ID：F311km圖3.2自相位調(diào)制設(shè)計(jì)布局圖其中參數(shù)設(shè)定如圖3.3：圖3.3全局參數(shù)設(shè)定（上圖）；圖3.4光纖參數(shù)設(shè)定（下圖）在非線性光纖的參數(shù)設(shè)定中，我們只針對自相位調(diào)制效應(yīng)進(jìn)行檢測分析，所以我們可以禁掉其他非線性效應(yīng)，如圖3.4所示。當(dāng)脈沖的峰值功率為10mW，光纖長度設(shè)為10km時，得到的結(jié)果如

27、圖3.5所示：ECICIOOEEDCI寸E匸呂80pTimeIs)100p110pSOpticalTimeDomainVisualizer_1LeftButtonandDragtoSelectZoomRegion.Pres：sControlKeyand90p10Qp11JpIIIIIIIIIIIIE口啟EcicigEDCI寸ECICIED圖3.5經(jīng)過10.73km的光纖前（上圖）后（下圖）的脈沖波形和啁啾從圖3.5中可看到脈沖的波形保持不變，但由于自相位調(diào)制效應(yīng)，產(chǎn)生了啁啾聲。脈沖前端紅移，而后端藍(lán)移。如果存在反常色散，則可能發(fā)生由于SPM的啁啾而導(dǎo)致脈沖波形會變窄。這說明SPM效應(yīng)和GVD的

28、作用正好相反。為了觀察SPM導(dǎo)致的光譜展寬，我們需要引入：（pmax=yP0z。其中P0是峰值功率。圖3.6中為未啁啾高斯型輸入脈沖在不同的最大相移值時（03.5n）的光譜圖。自相位調(diào)制和啁啾以方程3.1聯(lián)系在一起。根據(jù)圖3.5,在兩個不同t值時的啁啾相同，說明在兩個不同的點(diǎn)上瞬時頻率為相同的一個。這兩個點(diǎn)代表兩個相同頻率的波，能夠相長或者相消的互相作用,導(dǎo)致了脈沖光譜的振蕩結(jié)構(gòu)。7T1占汶圖3.6未啁啾高斯脈沖的不同相移時的光譜由于SPM導(dǎo)致脈沖展寬依賴于脈沖波形和初始啁啾，圖3.7為最大相移申max=4.5n時，輸出端的高斯脈沖的光譜和第三級高斯脈沖的光譜。Figure5SPMbroada

29、nedpulsesp&ctraal=4.57T411Third-onderuper-GaujanInitiallyunchirpedGaussianpulses圖3.7最大相移申max=4.5n時輸出端光譜和第三級高斯脈沖光譜參考文獻(xiàn):1G.P.Agrawal,NonlinearFiberOptics,AcademicsPress(2001)光放大器（OpticalAmplifiers）設(shè)計(jì)4.1光放大器簡介光放大器，尤其是摻鉺光纖放大器（EDFA）的研制成功使光纖通訊技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化：用相對簡單廉價的光放大器代替長距離光纖通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)使用的復(fù)雜昂貴的光電光混合式中繼器，從而可實(shí)現(xiàn)比特

30、率及調(diào)制格式的透明傳輸，尤其是和WDM技術(shù)的珠聯(lián)璧合，奠定了向未來的全光通信發(fā)展的基礎(chǔ)。4.1.1光放大器分類主要有三類：（1）半導(dǎo)體光放大器（SOA,SemiconductorOpticalAmplifer）（2）摻稀土元素（鉺Er、錯Pr、銣Nd）的光纖放大器；主要是是EDFA，還有PDFA等（3）非線性光纖放大器，主要是光纖喇曼放大器（FRA,FiberRamanAmplifier）針對目前以EDFA的發(fā)展最為迅速，應(yīng)用也最為廣泛，在本章中，主要以EDFA為主要介紹和設(shè)計(jì)對象。但這里需要提到的是，OptiSystem也提供了大量SOA,PDFA,FRA等等光放大器的元件庫，為設(shè)計(jì)者提供了

31、十分便利的分析工具和功能。4.1.2摻鉺光纖放大器的結(jié)構(gòu)摻鉺光纖放大器的英文縮寫為：EDFA,其基本結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。輸入光信號光耦合器圖4.1EDFA結(jié)構(gòu)示意圖EDFA主要是由摻鉺光纖（EDF）、泵浦光源、耦合器、隔離器以及濾波器等組成。（1）耦合器（Coupler）將輸入光信號和泵浦光源輸出的光波混合起來的無源光器件,一般采用波分復(fù)用器（WDM）。2）隔離器防止反射光影響光放大器的工作穩(wěn)定性，保證光信號只能正向傳輸?shù)臒o源器件。（3）摻鉺光纖是一段長度大約為10100m的石英光纖，將稀土元素鉺離子Er3+注入到纖芯中，濃度一般為25mg/kg。（4）泵浦光源為半導(dǎo)體激光器，輸出光功率約為1

32、0100mW。（5）光濾波器的作用是濾除光放大器的噪聲，降低噪聲對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的信噪比。此外，根據(jù)泵浦光源的泵浦方式不同，EDFA又可包括三種結(jié)構(gòu)方式：同向泵浦結(jié)構(gòu)、反向泵浦結(jié)構(gòu)和雙向泵浦結(jié)構(gòu)。EDFA主要優(yōu)點(diǎn)包括增益高，帶寬大、輸出功率高、泵浦效率高、插入損耗低和對偏振不敏感等。42光放大器模型設(shè)計(jì)案例：EDFA增益的優(yōu)化4.2.1設(shè)計(jì)目的摻鉺光纖放大器的主要性能指標(biāo)是功率增益、輸出飽和功率和噪聲系數(shù)。EDFA的帶寬通常在30nm以上，十分適用于多信道信號的同時放大。但EDFA用于波分復(fù)用（WDM）的主要問題就是增益譜不平坦。我們希望各信道有同樣的增益，但EDFA增益譜的雙峰結(jié)構(gòu)顯然

33、是不利的。尤其是級聯(lián)EDFA鏈時，各信道的增益差會愈來愈大，噪聲累積會愈來愈嚴(yán)重，光信噪比大大下降，甚至系統(tǒng)無法工作。所以在本設(shè)計(jì)案例中，針對16信道的波分復(fù)用輸入光信號，我們對EDF的長度和泵浦光源的功率參數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到所預(yù)期的16個信道的增益平坦譜。4.2.2原理簡介EDFA的增益介質(zhì)是纖芯中摻雜的稀土元素鉺離子（Er3+）的單模石英光纖。在泵浦源作用下，在摻鉺光纖中出現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生了受激輻射，從而使光信號得到放大,由于EDFA具有細(xì)長的纖形結(jié)構(gòu)，使得有源區(qū)達(dá)到能量密度很高，光和物質(zhì)的作用區(qū)很長,這樣降低對泵浦功率的要求。鉺離子有三個工作能級：E,E2和E3，其中E能級最低

34、為基態(tài)；E2能級為亞穩(wěn)態(tài)，E3能級最高，稱為激發(fā)態(tài)。Er3+在未受任何光激勵的情況下，處于最低能級E上,當(dāng)用泵浦光源的激光不斷激發(fā)光纖時，處于基態(tài)的粒子獲得了能量就會向高能級躍遷。由于處于e3這個高能級的粒子態(tài)不穩(wěn)定，將迅速無輻射躍遷到亞穩(wěn)態(tài)e2上，在該能級上，粒子壽命相對較長，由于泵浦光源不斷激發(fā)，E2能級上的粒子數(shù)不斷增加，而斗能級上的粒子數(shù)則減少,直至實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)輸入光信號E（=hf）正好為E2和E間的能級差時，則亞穩(wěn)態(tài)E2上的粒子將以受激輻射的形式躍遷到基態(tài)斗上,并輻射出和輸入光信號中的光子一樣的全同光子，從而增加了光子數(shù)量，形成放大。4.2.3模型設(shè)計(jì)布局圖如圖4.2所示：

35、WDh.i1TransmitterFrequencv=1558nmFrequericvspacina=D.8nmPower=-23.5dBmBitrate=BitrateBrts.-sModulationtype=NF：ZUptii：aIPijijierMetersualizerDualPurtiJVDM.dvEer:Lui.i.ierfrequencvlirrit=185TH?Upperfreqijericylirrirt=2DDTHiOptic：aISpectnjmPumpFrequencv=980nmFouler=1DDrnijiiOpticalSpectHJiTiAialyzer圖4.

36、2EDFA增益平坦優(yōu)化設(shè)計(jì)布局圖圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置4.2.4模擬分析關(guān)于EDFA增益平坦的優(yōu)化可以以示意圖4.3來說明:圖4.3EDFA增益平坦優(yōu)化原理圖我們設(shè)定最終優(yōu)化的目標(biāo)為16個信道的增益在一平坦曲線上，如優(yōu)化參數(shù)框設(shè)置圖4.4-4.7對于優(yōu)化設(shè)置的一些說明：Main：優(yōu)化方式為“GainFlatten”增益平坦方式，所要優(yōu)化達(dá)成的目標(biāo)為“Exact”，優(yōu)化循環(huán)數(shù)為60,結(jié)果公差為10,有其他參數(shù)限制條件。（圖4.4）Parameters:在本項(xiàng)中設(shè)置了需要優(yōu)化的參數(shù)，一為泵浦光源的功率，這里選擇0-160mW,初始值為100；另一為摻鉺光纖的長度，范圍為1-40m

37、,初始值為4m。（圖4.5）圖4.5MPO中要優(yōu)化的參數(shù)Result:這里要設(shè)定我們希望最后優(yōu)化完成的目標(biāo)，在本例中為16個信道的增益平坦一致為23dB,如圖4.6所示。圖4.6MPO中的最后要達(dá)到的16信道增益平坦目標(biāo)設(shè)定Constraint：這里設(shè)定了兩個限制條件，一為輸出信號的最大/最小增益比，要求小于0.5；另一為光功率計(jì)檢測到的總功率大于8.5dB圖4.7EDFA增益的優(yōu)化進(jìn)程圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.7MPO對EDFA增益平坦優(yōu)化的限制參數(shù)設(shè)定Advanced：些其他高級設(shè)置，在本例中使用缺省值即可。選擇運(yùn)行對話框中的優(yōu)化(Optimization)并運(yùn)行，可看

38、到運(yùn)行優(yōu)化的過程如圖4.8所示。圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置我們可分別得到EDF的長度和泵浦光源的功率的最終優(yōu)化值:DisoBaneVnitsModeLeuc-tli4.mg竝4配5駅：.W=Jj?i-J.iJIJE最終，我們可以通過DualPortWDMAnalyzer來分析模擬后得到的16個信道數(shù)據(jù)，如圖4.8所示：一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖4.9圖4.8WDMAnalyzer數(shù)據(jù)分析我們可以進(jìn)一步用光譜儀（OSA）對經(jīng)過EDFA前后的16個信道的光信號做檢測分析，從以上結(jié)果分析可以很清楚的得到經(jīng)過OptiSystem的計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化后，信號的增益在一個平坦的曲線上，這可從為經(jīng)過EDFA

39、的光譜圖（圖4.9）和經(jīng)過EDFA的光譜圖（圖4.10）的比較看出；優(yōu)化的結(jié)果是十分成功的，這為我們提供了對所要設(shè)計(jì)的元件參數(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化指明了方向。圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置sduJITis#OpticalSpectrumAnalyzerLeftButtonandDragtoSelectZoomRegion.PressControlKeyandAn+&Set居匸曙CD5一二O.|=二I-1.C01.&1O11-1.551.56_-Vtf吧ElEngth(m)Power人Pender冥入PovwrV/圖4.9未經(jīng)過EDFA的16信道光譜圖W

40、：T.-H_t：rLg+hAiTipiitudeUnits：dFin三|M：=：:Min：UlrridBmResolutiorLB:elthIwid.-Res：I1-1-01run圖4.10為經(jīng)過EDFA的光譜圖（綠色曲線為存在的噪聲）圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDMSystems)設(shè)計(jì)51光波分復(fù)用系統(tǒng)簡介光波分復(fù)用是指將兩種或多種各自攜帶有大量信息的不同波長的光載波信號，在發(fā)射端經(jīng)復(fù)用器匯合，并將其耦合到同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端通過解復(fù)用器對各種波長的光載波信號進(jìn)行分離，然后由光接收機(jī)做進(jìn)一步的處理，使原信號復(fù)原，

41、這種復(fù)用技術(shù)不僅適用于單?；蚨嗄９饫w通信系統(tǒng)，同時也適用于單向或雙向傳輸。波分復(fù)用系統(tǒng)的工作波長可以從0.8叫到lm,由此可見，它可以適用于所有低衰減、低色散窗口，這樣可以充分利用現(xiàn)有的光纖通信線路，提高通信能力，滿足急劇增長的業(yè)務(wù)需求。5.1.1光波分復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光波分復(fù)用系統(tǒng)一般有單向和雙向兩種結(jié)構(gòu)，這里出一個單向8信道WDM點(diǎn)-點(diǎn)通信系統(tǒng)的示意圖5.1。N個光發(fā)送機(jī)發(fā)送N個不同波長的光信號按一定的間隔排列，在復(fù)用器(MUX)中復(fù)合在一起送入到傳輸光纖信道中。在光接收機(jī)端，這N個波長光信號由解復(fù)用器(DEMUX)分離后送到相應(yīng)的可調(diào)諧的光接收機(jī)。傳輸信道中間包括了諸如EDFA、光纖等各種

42、元件。H2圖5.1點(diǎn)-點(diǎn)的8信道WDM系統(tǒng)初口1口如“1X85.1.2WDM光通信結(jié)構(gòu)組成如圖5.1所示，一般在WDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件包括：濾波器：在WDM系統(tǒng)中進(jìn)行信道選擇，只讓特定波長的光通過，并組織其他光波長通過?？烧{(diào)諧光濾波器能從眾多的波長中選出某個波長讓其通過。在WDM系統(tǒng)的光接收機(jī)中，為了選擇所需的波長，一般都需依賴于其前端的可調(diào)諧濾波器。要求其有寬的譜寬以傳輸需要的全部信號譜成分，且?guī)捯詼p小信道間隔。復(fù)用器/解復(fù)用器(MUX/DEMUX)：將多個光波長信號耦合到一路信道中，或使混合的信號分離成單個波長供光接收機(jī)處理。一般，復(fù)用/解復(fù)用器都可以進(jìn)行互易，其結(jié)構(gòu)基本是相同的。實(shí)

43、際上即是一種波長路由器，使某個波長從指定的輸入端口到一個指定的輸出端口。52波分復(fù)用系統(tǒng)（WDM）模型設(shè)計(jì)案例：陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器（AWG）的設(shè)計(jì)分析5.2.1設(shè)計(jì)目的使用OptiSystem模擬仿真AWG波分復(fù)用系統(tǒng)，檢測其波長選擇性能。5.2.2原理簡介陣列波導(dǎo)光柵（AWG：ArrayedWaveguideGrating）波分復(fù)用器由輸入輸出波導(dǎo)、兩個NxN平面波導(dǎo)星形耦合器及AWG構(gòu)成，集成制造在Si或InP襯底上，該復(fù)用器的核心是AWG，它是一系列規(guī)則排列的波導(dǎo)，相鄰波導(dǎo)間有一恒定的光程差A(yù)L,對波長為入的信號,每個波導(dǎo)中產(chǎn)生一個相對相移2nAL/九，因此AWG相當(dāng)于一個相位光柵，

44、所以可以進(jìn)行波長選擇。NN平面波導(dǎo)星形耦合器將所有輸入波導(dǎo)中的光輻射到中間的自由空間區(qū)域，然后再將它們耦合到所有的輸出波導(dǎo)中。自由空間區(qū)域的形狀用天線理論和傅立葉光學(xué)原理設(shè)計(jì)。在AWG波分復(fù)用器中，輸入光信號先輻射進(jìn)第一個平面波導(dǎo)區(qū)，然后激勵陣列波導(dǎo)，傳輸通過陣列波導(dǎo)后，光束在第二個平面波導(dǎo)區(qū)的焦點(diǎn)上產(chǎn)生相長性干涉，焦點(diǎn)位置決定于信號波長兒結(jié)果在特定的端口輸出。當(dāng)波長不同時，焦點(diǎn)位置不同，輸出的端口也不同。5.2.3模型設(shè)計(jì)布局圖OpticalSpectnjrn.dialyzer1.0OpticalSpHijtrjm.dialyzer1.0OpticalSpectHJiTi.islvzer1.

45、0Pci.i.ir-LidBmOpticalSpectHJiTi.dialyzer1.0desMay.L.i.riiLaser1.0Frequencv=193TH:PciJier=DdBmglB豐BCWLaser1.LiFrequencv=193.1PciJier=DdBmL.iJi.iLaser1.0Frequencv=193：2PciJier=DdBmCWLaser1.0FrequenGV=193.31Pci.i.ier=UdBmCWLaser1.0FrHquern：i1i=193.4THzCWLaser1.0Frequencv=193.5ITPci.i.ier=0dBmCiJVLaser

46、1.LiFreqijencv=193.6T卜PciJier=DdBmAiiVGOpticalSpectnjrndialyzer1.0OpticalSpectnjrn.iialyEer1.0UfiticalypectHJiTi.dialyzer1.UOpticalSpectnjrn.islvzer1.0圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖5.1AWGWDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)布局圖圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置上圖5.1為陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器。其設(shè)計(jì)主要調(diào)用了由OptiBPM提供的WDM_Phasar設(shè)計(jì)的AWG元件。運(yùn)行編譯后，我們可以使用OSA直

47、接觀察從AWG解復(fù)用出來的各個信道信號。如圖5.2所示，為信道1的光譜圖。昌OpticalSpectrumAnalyzer1.0DblClickOnObjects：ioopenproperties.MoveObjectswithMouse圖5.2AWG信道1的譜圖而AWG的各信道透射譜可得到，如圖5.3所示，從中我們可以了解到AWG波分復(fù)用器的性能。圖5.3AWG透射譜光波系統(tǒng)（LightwaveSystems）設(shè)計(jì)61光波系統(tǒng)簡介OptiSystem給用戶最重要的功能便是對光通訊系統(tǒng)的模擬，仿真和優(yōu)化。它把各種分立的有源、無源的元器件有機(jī)的組合起來，組成了不同類型、不同用途的光纖通訊系統(tǒng)與網(wǎng)

48、絡(luò)。對一個光纖通信系統(tǒng)的基本要求是：（1）傳輸距離（2）要求的傳輸帶寬及碼率（3）系統(tǒng)的保真性（誤碼率BER、信噪比及失真等）（4）可靠性和經(jīng)濟(jì)性用戶可以使用OptiSystem方便的設(shè)計(jì)光通訊系統(tǒng)的各種方案和模型。以解決實(shí)際應(yīng)用中的各種具體問題。6.2模型設(shè)計(jì)案例：40G單模光纖的單信道傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的在40G高速光纖通信系統(tǒng)中，最重要，也是最主要的問題就是系統(tǒng)中產(chǎn)生的線性色散問題，所以我們希望通過OptiSystem模型的建立，對真實(shí)情況下色散的問題進(jìn)行模擬和解決，以期在實(shí)際應(yīng)用中選擇并達(dá)到最佳通信質(zhì)量和性能。設(shè)計(jì)原理典型情況下，單模光纖在1.55im時的卩2=-20ps2/km傳輸導(dǎo)

49、致的色散系數(shù)D為16ps/（nm.km）。當(dāng)系統(tǒng)的碼率B=40Gb/s時，TB=25ps，相應(yīng)色散長度LD約為2.8km。在對40Gb/s碼率單模光纖中的歸零型（RZ）和非歸零型（NRZ）的傳輸過程中需考慮到：群速度色散、Kerr非線性效應(yīng)導(dǎo)致的自相位調(diào)制，線性損耗、ASE噪聲的周期性放大。具體的計(jì)算分析可見下節(jié)。6.2.3模型設(shè)計(jì)布局圖圖6.1和6.2是分別針對RZ和NRZ型調(diào)制的布局設(shè)計(jì)圖：in|LiEhor:lanU2unovLjjipui:40Gbpf01D-=:=h-OnyOcmain1iRZPulse：G：ri：m-:-rI.D4田rrBCcBHeZi匚WLafr1.11Frsqu

50、ancv*Ppg斗EI占占Dnmh.I.Dh-H：:OpticalSpectrumq*口tywc：1.DPINI.Dlj.：L畫ptioai5ptnjmynalyEtrI.DdFilter1.D:y-D.75MBtrzrteEDFAIdcl1DGsln-1fldBNmlinearDi3Der3n.ri：FiberI.DFi口n=8d0Lenglh=GOI:raHt55elUDtialItterl.UFre-quencY二1SC0nniBandiulchh-QHiNcnlinearFib-irI.DLangih=10kin:CtrftoaiTmtDomainXsualiwr1LoopConii-

51、al71Ni-mberciIwps1CEDFAideal1LiGain=5dBNd!x-ISaur*LowFb33CutDflfreptCoalGpertrurnAtrfyzsr1.0prtlQalTima口mainI.fl嚴(yán)DCillCrODpaX)Ll3l26r1.圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖6.1RZ型調(diào)制的40Gb/s光波系統(tǒng)圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置I.krtriur:IvanUzurnjiiSi.i.ieqjIterstiun:1/1Layout:40GbpsinSMFNF：ZTTiursday,Miji.iern

52、ber22,2DD1圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置+-IIEyeDiagramAialyEer1.0圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置NF：ZPulseGenerator1.0OscilloscupeMsijalizHr1.D圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置AQS-rEDFAIdeal1.UBain=IDdbNoisefigure=RdBCW1I）Frequcficv=1Power=1.25Pseudri-RaridijmBitSequenceGenerstijr1DBitnte=Bitra

53、leBrts/sNonlinearDprersivaFiberI.QLength=10BEF：nazer1.0km1550niTin-iuYUscilluscupevteu3li2er1.flOpticalSpecnjmAnalyzer1.DYitach-ZehruierhAidijIstor1.03E3-OpticalTimeDcmain/IsualiEEr1.0PIN1.ULoopCorrtmlNurribernfIo*-NonlinearDispersiveFitLenijth=50kmEDFAIdeal：1Gain=5d&NoisefigE=6dBOpticalTmeDomainXfu

54、alizer1.0LMil：BesselUptHalFilter1.UFreque-icv=1550nmBandiiiiith=1tiUGHzLowPassBesselFilter1.0Cutoffirequency=U.75”BitrateHeO&tioalSpeoInjiTijVialvzer1.UL.SJp-tiGalypevtnjm.Vial/zer1.UR*-pticulTimeDomaindsudlker1DOfcilloscopeisuizer圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖6.2NRZ型調(diào)制的40Gb/s光波系統(tǒng)一些全局參數(shù)為:

55、所以NumberofSamples=SequenceLength*SampleperBit=16384TimeWindow=SequenceLength*BitSlot=3.2nsSampleinterval=TimeWindow/NumberofSamples=0.195psSamplerate=1/thesamplinginterval=5.12THz其中兩個Layout中的Pseudo-randomBitSequencegenerators的設(shè)定是相同的。而對于RZgenerator有以下屬性：RectangleShape:GaussianDutyCycle=0.5BitRiseTime

56、=0.15BitFallTime=0.25Bit使用外調(diào)制連續(xù)波長激光器（1550nm,線寬0.1MHz）作為光源。對于單模光纖，可得到色散系數(shù)D：dD二0.08psnm2kmD=17psnmkm_色散斜率：圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置非線性系數(shù)：1Y二1.31kmW線性損耗：a=0.2dB/km光纖長度：LSMF=50km經(jīng)過單模光纖的損耗后，使用一個EDFA補(bǔ)償這個線性損耗。對于色散補(bǔ)償光纖，具有以下屬性：色散系數(shù)：D=80psnmkm圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置色散斜率：psnm2km

57、圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置非線性系數(shù)：丫=5.24kmW線性損耗：a=0.5dB/km光纖長度：LDCF=10km經(jīng)過DCF光纖的損耗后，使用一個EDFA補(bǔ)償這個線性損耗。Bessel光濾波器的波長為1550nm,帶寬為4*BitRate低通Bessel電濾波器的截止頻率為0.75*BitRate這里使用OptiSystem提供的理想EDFA作為增益補(bǔ)償器（也考慮到了ASE噪聲），經(jīng)過EDFA后，單模光纖的增益為10dB，噪聲為6dB。（DCF中相應(yīng)的數(shù)值為5dB和6dB）。首先，我們對RZ型和NRZ型加以比較。在500km中SMF（10L

58、oops*50km）經(jīng)每一次的增益補(bǔ)償，最大Q影響因子和輸入功率的曲圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置線如圖6.3所示；而誤碼率分析儀眼圖則表征出最佳點(diǎn)的輸入功率約為4mWRZmaxQasafunctionofP=iBERAnalyzer1jQt9UCMOn匚站曰墻openpupedwsMwpCdwdiwifi聲宙ItorbrIM|teiNhd|iTitrwflMtpeihl-dPowerofCWLaser=4mW圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置圖6.3RZ型的40Gb/s系統(tǒng)仿真結(jié)果當(dāng)傳輸距離大于500km時，最大Q影響因子會小于6,即這

59、是會有較好Q性能的最大傳輸距離。圖6.4中為NRZ型的高色散光纖的40G系統(tǒng)，傳輸距離為250km(51oops*50km),根據(jù)BER分析儀的眼圖，在輸入功率約為1.25mW處，最大影響因子Q具有最佳值。圖6.4NRZ型的40Gb/s系統(tǒng)模擬結(jié)果當(dāng)傳輸距離大于250km時，最大影響因子Q會小于6,即這是會有較好Q性能的最大傳輸距離。從以上兩套系統(tǒng)的影響因子曲線的比較可以看出，我們可以清楚的看到RZ型有較大輸入功率。表明RZ調(diào)制的DutyCycle=0.5要優(yōu)于傳統(tǒng)的NRZ調(diào)制格式。其次，我們會對40Gb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)RZ調(diào)制中的累積放大噪聲和自相位調(diào)制的影響做一定分析。有以下兩種情況：

60、自相位調(diào)制假設(shè)為0不考慮噪聲因素圖6.5為具體的分析結(jié)果：圖6.540Gb/s系統(tǒng)，傳輸距離為500kg時的MaxQVSInputPower曲線由上圖可見，在低輸入功率系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)性能的主要因素為累積噪聲放大效應(yīng)；而在高輸入功率階段，傳輸距離則由于自相位調(diào)制而大幅度減小。從以上分析可得到在不同輸入功率時，系統(tǒng)性能，例如傳輸距離的大小有不同權(quán)重的因素所導(dǎo)致，這為我們在具體應(yīng)用中提供了良好的分析方向和優(yōu)化工具。圖4.4EDFA增益的多參數(shù)優(yōu)化參數(shù)設(shè)置色散補(bǔ)償(DispersionCompensation)設(shè)計(jì)7.1色散簡介光信號在光纖傳輸中不但幅度會因損耗而減小，波形亦會發(fā)生愈來愈大的失真，脈