利用Optisystem软件设计仿真光通信部件与系统

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1、光通信系统课内实验指导书南京邮电大学光电工程学院目录1．概述1.1性质、目的与任务1.2设计内容、学时分配及基本要求1.3课程考核2．预备知识2.1简单光纤通信系统2.2掺铒光纤放大器EDFA2.3波分复用技术2.4光纤通信中的色散补偿3．OptiSystem快速入门3.1OptiSystem简介3.2OptiSystem的简单操作4．光电综合设计课题附录：课程设计报告样式21．光电综合设计概述1.1性质、目的与任务通过本课程实验的学习和实践，不仅使学生能够基本掌握运用OptiSystem软件平台进行光纤通信系统的设计

2、和仿真分析的方法，更重要的是使学生能够将课程中所学的知识串接起来，初步形成在系统层面上分析问题和解决问题的能力，为毕业设计（论文）打下良好的基础。1.2实验内容、学时分配及基本要求实验课内总学时为8学时。教学活动分散学习和集中上机相结合的方式进行。课程设计的内容和基本要求见下表。课题序号课题名称课题内容及要求备注类型OptiSystem的基本熟悉OptiSystem界面，掌握基1综合操作本操作。基本光纤通信系统设计一个简单光纤通信系统，2设计设计并利用OptiSystem仿真验证。设计一个四波分WDM光纤传3WDM系统

3、设计输系统，并利用OptiSystem仿设计真验证。1.3课程考核本课程设计以完成课题设计与仿真分析的结果和课程设计报告作为主要考核依据。学生必须在规定时间内完成指定课题的设计和仿真验证分析。学生必须完成光电综合设计报告。报告包括（1）课题任务要求及技术指标；（2）课题分析及设计思路；（3）系统设计；（4）仿真结果及结果分析；（5）小结。1设计报告统一用16k报告纸手写，报告样式参见附录。报告中的图、表可打印后粘贴在报告纸上，报告页数不得少于10页。22．预备知识1970年，美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dB的石英光

4、纤，证明光纤作为通信的传输媒质是大有希望的。同年，半导体激光器实现了室温下的连续工作，为光纤通信提供了理想的光源。从此，便开始了光纤通信迅速发展的时代。在80年代，光纤通信得到极大的发展，波分复用技术，，相干光纤通信系统，光纤放大器等技术已经受到人们的重视，并得到快速发展。目前最引人注目的是WDM全光通信，它是在传送网中加上光层，在光上进行交叉连接和分叉复用，从而减轻电交换节点的压力，大大提高整个网络的传输容量和节点的吞吐容量，成为网络升级的首选方案，这也是当前光纤通信的研究热点。光纤通信之所以得到如此迅速的发展，与光

5、纤通信的优越性是分不开的，它的主要优点有：1.传输损耗低2.尺寸小，重量轻，有利于敷设和运输3.抗电磁干扰性能好，适合应用于有强电干扰和电磁辐射的环境中4.光纤之间的串话小5.制造光纤的主要原料是二氧化硅，是地球上蕴涵最丰富的物质，取之不尽，用之不竭2.1简单光纤通信系统一个基本的光纤通信系统是由发送端，传输介质（光纤），接收端三部分构成的，在发送和接收端需要加上调制器和解调器。如下图2.1。发送端光纤接收端图2.1基本光纤通信系统结构图其中发送端包括光源，脉冲发射器，调制器等；传输部分包括传输光纤，光纤发大器，色散补

6、偿光纤等；接收端包括PIN管，低通滤波器，解调器等。对于一个光纤通信系统，需要对系统的制式，速率，光纤选型加以完善，全面的考虑。比如新建的长途干线和大城市的市话通信一般都应选择SDH设备，长途干线已经采用STM—16，多路波分复用的2.5Gbit/s系统，甚至10Gbit/s系统。至于光纤，G.652光纤是目前已经大量敷设，是在1.3微米波段性能最佳的3单模光纤。该光纤设计简单，工艺成熟，成本低廉，是实用性较好的光纤之一。2.2掺铒光纤放大器EDFA2.2.1EDFA的结构和工作原理图2.2给出了双向EDFA的原理性光

7、图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（EDF）。泵浦源用来提供能量；EDF作为有源介质，提供反转粒子；波分复用器（WDM）的作用是将泵浦光和信号光混合，然后送入EDF中，对它的要求是能将信号有效地混合而损耗最小；光隔离器（ISO）的作用是防止反射光对EDFA的影响，保证系统稳定工作；滤波器的作用是滤除EDFA的噪声，提高系统的信噪比（SNR），在两级宽带EDFA中，它还起到增益平坦的作用。EDFA的泵浦过程需要使用三能级系统（如图2.3所示）。实际上基态能级、亚稳态能级和泵浦能级受斯托克斯分裂（StockSplitting）和

8、热效应的影响，形成了一个近似联系的能带。由于亚稳态能级和基态能级具有一定的宽度，因此EDFA的放大效应具有一定波长范围。在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于Er3+离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数