基于optisystem的EDFA通信系統設計原創

320科技工作室

2026年2月7日 12:05

實驗目的

1．熟悉Optisystem實驗環境，練習使用元件庫中的常用元件組建光纖通信系統。

2．利用Optisystem的優化功能仿真計算光纖通信系統的各項性能參數，并進行分析。

3. 分析EDFA的優化方法。

實驗原理

OptiSystem是一款創新的光通訊系統模擬軟件包，它集設計、測試和優化各種類型寬帶光網絡物理層的虛擬光連接等功能于一身，從長距離通訊系統到LANS和MANS都使用。一個基于實際光纖通訊系統模型的系統級模擬器，OptiSystem具有強大的模擬環境和真實的器件和系統的分級定義。它的性能可以通過附加的用戶器件庫和完整的界面進行擴展，而成為一系列廣泛使用的工具。

OptiSystem允許對物理層任何類型的虛擬光連接和寬帶光網絡的分析，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級的光通訊系統設計；CATV或者TDM∕WDM網絡設計；SONET∕SDH的環形設計；傳輸器、信道、放大器和接收器的設計；色散圖設計；不同接受模式下誤碼率（BER）和系統代價（penalty）的評估；放大的系統BER和連接預算計算。

Optisystem環境是一種為利用元件庫組建光纖通信系統，利用優化功能仿真計算系統的各項性能參數，通過數據分析和圖形顯示來獲得最佳的光纖通信系統。Optisystem通過3部分來實現光纖通信系統仿真，即：器件庫、光學方案圖編輯器、圖形演示。

1、器件庫

(1) 發射器

發射器件庫包括了所有與光信號產生和編碼相關的器件，例如半導體激光器、調制器、編碼器和比特序列發生器等。半導體激光器由于它在發射器中的重要角色而成為了最重要的發射器部件。使用OptiSystem，用戶可以輸入測量過的數據來評估速率方程所需的那些參數。當使用外調制的CW激光器時，對于啁啾和衰減來說，MQW馬赫－曾德爾調制器和電吸收調制器的模型是基于測量的，并且能使用戶優化偏置和調制電壓，從而得到接收器靈敏度的最小退化。對于隨即數字發生器，編碼器和比特序列產生器允許用戶在不同的調制模式和算法之間進行選擇

(2) 光纖

光纖是主要的傳輸通道。對于任意的WDM信號，OptiSystem采用一種非線性色散傳播的單模光纖模型，用以說明信號的振幅和相位受影響的現象和效果。在很大的條件范圍內，這個模型都可以真實的預測波形的失真、眼圖的退化和信號的其它要素。

(3) 接收器

用戶可以依據光探測器輸入端的混合信號來選擇不同的模型。如果噪聲用概率密度函數（PSD）來描述，PIN或者APD將采用基于高斯近似的準分析模型來計算噪聲的作用。如果噪聲是與信號混合在一起，那么使用適當的PFD來描述光電子統計時，這個模型可以增加數字化噪聲。電濾波器件的內部庫包括實際的、頻率相關的參數。在這個庫中，用戶可以考慮不同濾波器形式來設計接收器。

(4) 網絡器件

復用器∕解復用器，上路∕下路，陣列波導光柵，靜態和動態開關，循環∕環形元件，交叉連接，·波長轉換。

(5) 無源器件

·濾波器，調制器，耦合器，分波器，合波器，環形器，隔離器，偏振器件，光纖光柵。

(6) 光放大器

EDFA和拉曼放大器已經成為光纖網絡所需的器件，從WDM網絡轉發器到CATV接線放大器，都有著廣泛的應用。OptiSystem能使用戶選擇不同的模型，例如自定義增益和噪聲系數的理想放大器，或者是基于測量或者速率方程靜態或者動態的解的黑匣子模型。通過利用半導體激光器的多功能特性，可以完成放大和波長轉換。

(6) 觀察儀

客戶可以在任何器件使用觀察儀來打開端口數據監視器，并且存取結果。數據監視器可以保存處理過的信號信息，而沒有必要預先確定觀察儀的類型。因此，一個OSA或WDM分析儀可以加在相同的監視器上，一旦一個計算完成，就不需要再次運算。

庫中可以利用的觀察儀包括：·光∕射頻頻譜分析儀，示波器∕光時域分析儀，眼圖分析儀，誤碼率分析儀，WDM分析儀，功率計。

2、光學方案圖編輯器

這個界面可以讓用戶快速而有效的創建和修改自己的設計。每個OptiSystem方案文件可以包含足夠多的設計版本。這些設計版本可以相互獨立的被計算和修改，但是來自于不同版本的計算結果可以合并起來進行比較。

3、圖形演示

OSA頻譜、示波器和眼圖，探針和可視化工具列出信號功率、增益、噪聲系數和OSNR，圖形生成工具可以對任何參數掃描的任意結果進行比較，直觀的圖形管理器使用戶可以畫出設計中使用的幾乎所用的參數的曲線，·生成的圖形組尺寸可變、視角可變換，并將這些視圖轉變成可以保存和重新使用的結果方案圖，將復合圖合并成3D圖。