實驗目的

1. 光纖損耗特性的研究；在optisystem系統(tǒng)上構(gòu)建仿真模型并驗證其是否滿足性能目標。計算損耗受限系統(tǒng)的中繼距離，

2. 采用標準單模光纖和直接調(diào)制的色散受限光纖傳輸系統(tǒng), 計算中繼距離。在optisystem系統(tǒng)上構(gòu)建仿真模型并驗證其是否滿足性能目標。

實驗原理

光纖損耗的機理

傳輸損耗是光纖的最重要的一項光學特性,它在很大程度上決定著對傳輸信號進行再生的中繼距離,系統(tǒng)的成本也主要集中在控制光纖損耗上。在光纖光纜中, 存在著金屬電纜所沒有的特殊損耗—光損耗。

引起光纖損耗的因素

光纖損耗大致可分為光纖具有的固有損耗以及光纖制成后由使用條件造成的附加損耗。具體細分如下:

固有損耗包括散射損耗、吸收損耗和因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗。這些損耗又可以歸納為本征損耗、制造損耗和附加損耗等。

本征損耗是由光纖材料本身的特性決定的,在不同的工作波長下引起的固有損耗也不同。該損耗是無法避免的,它決定了光纖的損耗極限。

光纖制造損耗是在光纖的生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的,主要由光纖中不純成分的吸收(雜質(zhì)吸收)和光纖的結(jié)構(gòu)缺陷引起。雜質(zhì)吸收中影響較大的是各種過渡金屬離子和OH-離子導致的光的損耗。其中OH-離子的影響比較大,它的吸收峰分別位于950nm,1240mm和1390nm, 對光纖通信系統(tǒng)影響較大。隨著光纖制造工藝的日趨完善,過渡金屬離子的影響已不顯著,先進的工藝已可以使OH-離子在1390nm處的損耗降低到0.04dB/km,甚至小到可忽略不計的程度。

光纖的損耗特性曲線—損耗譜

從石英光纖的損耗譜曲線圖3-1,可以看到光纖通信所使用的三個低損耗“窗口”：850nm波段、1310nm波段和1550nm波段。目前,光纖通信系統(tǒng)主要工作在1310nm波段和1550nm波段上,尤其是1550nm波段,長距離大容量的光纖通信系統(tǒng)多工作在這一波段。

圖 3?1 光纖的損耗譜曲線

光纖的損耗譜形象地描繪了衰減系數(shù)與波長的關(guān)系。從光纖損耗譜可以看出,衰減系數(shù)隨波長的增大呈降低趨勢;損耗的峰值主要與OH-離子有關(guān)。另外,波長大于1600nm時損耗增大的原因是由于石英玻璃的吸收損耗和微(或宏)觀彎曲損耗引起的。目前,光纖的制造工藝可以消除光纖在1385 nm附近的0H-離子的吸收峰,使光纖在整個(1300~1600)nm波段都有很低的損耗。

損耗受限系統(tǒng)的中繼距離

實際的光纖通信系統(tǒng)設計中，往往要綜合考慮光纖衰減的影響，從而找出光纖的最佳中繼距離，以實現(xiàn)可靠穩(wěn)定的傳輸效果。

實驗內(nèi)容

模型構(gòu)建

在OptiSystem中建立如圖3-2所示的損耗受限光纖傳輸系統(tǒng)仿真模型。激光器作為信號輸入端，通過插入損耗為0.5dB的連接器接入光纖。光纖衰減為1.2dB/km,通過連接器接入光學帶通濾波器，濾除因激光器頻率特性不好而輸出的非信號波長成分，然后通過，光電二極管進行光電轉(zhuǎn)換，通過低通濾波器過濾出傳輸?shù)男盘枴?/p>

圖 3?2 損耗受限光纖傳輸系統(tǒng)仿真模型

中繼距離的理論計算

根據(jù)公式3-1可以知道光纖通信系統(tǒng)中各個部分應滿足的指標。

?????????=??????+????+????+??  （式3-1）

其中Pt=發(fā)射機功率，ALf=光纖損耗，La=額外損耗，Sr=接收器靈敏度，Lc=耦合器損耗，M=功率差。

仿真驗證

在OptiSystem中進行仿真驗證式3-1的計算結(jié)果.

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