光纖通信
關(guān)注創(chuàng)建者：王海岳 創(chuàng)建時(shí)間：2015-08-20
光纖通信的實(shí)例教程
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉光纖通信系統(tǒng)的主要組成部分
掌握通信系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)原理
NRZ、RZ調(diào)制格式，直接調(diào)制或者外調(diào)制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者 low pass gauss filter。選擇的理由如下： 選擇NRZ調(diào)制格式，因?yàn)榻?jīng)NRZ調(diào)制的光信號(hào)具有緊湊的頻譜特性，調(diào)制和調(diào)解結(jié)構(gòu)簡單，在10G和一部分40G系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，一直被作為中短距離光纖通信系統(tǒng)中的主要調(diào)制格式，通過色散管理和終端可調(diào)色散補(bǔ)償技術(shù)，NRZ調(diào)制格式在終端傳輸距離普通光纖獲得良好的光傳輸性能。
選擇直接調(diào)制，因?yàn)橹苯訌?qiáng)度調(diào)制是用信號(hào)直接調(diào)制激光器的驅(qū)動(dòng)電流，使其輸出功率隨信號(hào)變化.這種方式設(shè)備相對(duì)簡單，研究較早，現(xiàn)已成熟并商品化.外調(diào)制則常用于要求較高的通信系統(tǒng)。
選擇APD管，因?yàn)橛蓵系腜264頁的圖8.3可知，PIN管接收靈敏度適用于低數(shù)據(jù)速率光纖通信，當(dāng)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)速率為10G時(shí)，PIN靈敏度管不適于應(yīng)用，我們優(yōu)選ADP管。
選擇low pass gauss filter（低通高斯響應(yīng)濾波器），因?yàn)閘ow pass rectangular filter（低通矩形響應(yīng)濾波器）是理想的低通濾波器的模型，在幅頻特性曲線上呈現(xiàn)矩形。 在現(xiàn)實(shí)中，如此理想的特性是無法實(shí)現(xiàn)的，所有的設(shè)計(jì)只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯響應(yīng)濾波器）采用時(shí)域法測(cè)量有效帶寬，具有直觀、簡便的優(yōu)點(diǎn)，而采用時(shí)域法能夠顯著縮短有效帶寬測(cè)量時(shí)間。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
本次實(shí)驗(yàn)中，由NRZ調(diào)制格式、直接調(diào)制、APD管和low pass gauss filter構(gòu)成的光纖通信系統(tǒng)。
1）.根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，連接實(shí)驗(yàn)電路。
展開 1、設(shè)計(jì)需求
本案例是基于啁啾光纖光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖通信系統(tǒng)的色散補(bǔ)償，構(gòu)建了后置色散補(bǔ)償系統(tǒng)、前置色散補(bǔ)償系統(tǒng)和混合色散補(bǔ)償系統(tǒng)。基于OptiSystem仿真軟件實(shí)現(xiàn)了三種不同結(jié)構(gòu)的基于啁啾光纖光柵色散補(bǔ)償?shù)?em>光纖通信系統(tǒng)，通過眼圖評(píng)估系統(tǒng)通信性能。
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
仿真系統(tǒng)調(diào)制格式采用NRZ碼型，激光頻率為193.1 THz，傳輸鏈路采用單模光纖傳輸鏈路，利用啁啾光纖光柵進(jìn)行色散色度補(bǔ)償，同時(shí)利用EDFA光放大器實(shí)現(xiàn)損耗補(bǔ)償。最后信號(hào)在接收模塊進(jìn)行信號(hào)解調(diào)與分析。模塊中的Loop Control器件控制鏈路傳輸次數(shù)，其中，SMF的色散系數(shù)為16 ps/nm·km，色散斜率系數(shù)為0.08 ps/nm2·km，衰減量為0.2 dB/km，單程中SMF長度為80 km。光纖傳輸系統(tǒng)總共傳輸320 km。
2.1后置色散補(bǔ)償系統(tǒng)
圖示為后置色散補(bǔ)償系統(tǒng)，啁啾光纖光柵置于單模光纖后，對(duì)信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的色散進(jìn)行補(bǔ)償。在未進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)那闆r下，即將光路中的啁啾光纖光柵去除，此時(shí)接收端的信號(hào)眼圖如圖所示，可以看到眼圖混亂，誤碼率為1。當(dāng)采用啁啾光纖光柵時(shí)，色散量設(shè)置為-1280 ps/nm·km，在10Gbit/s傳輸速率的情況下接收端的信號(hào)眼圖如圖所示，可以看到誤碼率為6.05e-20，Q因子為9.03，眼圖張開度好，信號(hào)質(zhì)量佳。
2.2前置色散補(bǔ)償系統(tǒng)
圖示為前置色散補(bǔ)償系統(tǒng)，啁啾光纖光柵置于單模光纖前，對(duì)信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的色散進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。
2.3混合色散補(bǔ)償系統(tǒng)
圖示為混合色散補(bǔ)償系統(tǒng)，兩個(gè)啁啾光纖光柵分別置于單模光纖前部和后部，對(duì)信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償和產(chǎn)生色散后的補(bǔ)償。該方案結(jié)合了后置色散補(bǔ)償方式和前置色散補(bǔ)償方式的特點(diǎn)。
展開 5、總結(jié)展望：
本案例設(shè)計(jì)了一套高速遠(yuǎn)距離色散補(bǔ)償光纖通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了傳輸距離300km、傳輸速率為40Gbit/s的光纖通信系統(tǒng)仿真。對(duì)比了不同結(jié)構(gòu)與參量下系統(tǒng)的信號(hào)傳輸效果。該案例具有靈活的可拓展性，可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行功能的豐富與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。
最后，有optisystem相關(guān)需求，歡迎通過微信公眾號(hào)聯(lián)系我們。
光纖通信的基本原理
光的反射和折射定律
光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質(zhì)的界面將產(chǎn)生以下行為：
一部分入射光將被反射 一部分入射光將進(jìn)入第二種媒質(zhì),并產(chǎn)品折射
折射率 n=光在真空中的傳播速度/光在該媒質(zhì)中的傳播速度。
全反射：
當(dāng)n1>n2時(shí)，隨著入射角的不斷增加，在入射角達(dá)到某一值時(shí)，折射角達(dá)到90℃，我們把此時(shí)的入射角稱為臨界角α0。當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，將發(fā)生全反射。
根據(jù)折射定律，我們可以求出臨界角，此時(shí)α2=90°即n1·sinα0=n2·sin90°所以sinα0=n2/n1
光纖的導(dǎo)光原理
光通信正是利用了全反射原理，當(dāng)光的注入角滿足一定條件時(shí)，光便能在光纖（光波導(dǎo)）內(nèi)形成全反射，從而達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康摹?條件：
n1>n2>n0
n0:空氣中的折射率
n1:纖芯的折射率
n2:包層的折射率
α>α0
α0:入射角，和sinα0=n2/n1
光纖的結(jié)構(gòu)
光纖通信的優(yōu)點(diǎn)
大容量
長中繼距離
適應(yīng)能力強(qiáng)
體積小，重量輕，便于安裝和維護(hù)
選材豐富，價(jià)格低
保密性強(qiáng)
來源：河北光纖
展開 ? 光功率合成器是光纖通信系統(tǒng)中的必要器件。
? 如果功率合成器具有以下特性：
? 對(duì)稱性
? 輸入和輸出具有完全相同的單模波導(dǎo)
? 這類功率合成器具有一些獨(dú)有的特點(diǎn)，但其基本特征可以在OptiBPM中得到準(zhǔn)確的驗(yàn)證。
? 根據(jù)能量守恒定律
? 由于輸入和輸出波導(dǎo)是完全相同的單模波導(dǎo)，輸入和輸出場的振幅需滿足：
? 因此，
? 下圖是在OptiBPM中仿真一個(gè)設(shè)計(jì)好的3D功率合成器實(shí)例。
? 在黑匣中只有一束入射光時(shí)會(huì)發(fā)生什么？
? 考慮一個(gè)輸入的情況下，
? 在兩個(gè)輸入的情況下，
? 結(jié)論
設(shè)計(jì)一個(gè)滿足以下要求的單模功率合成器是不可能的。
1. 無能量損失地合成2個(gè)完全相同的光學(xué)模場。
2. 當(dāng)只有1個(gè)輸入模場時(shí)無能量損失。
OptiBPM在仿真結(jié)果和理論值之間顯示了高度的一致性
展開 
光纖通信的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
光纖通信的最新內(nèi)容
引言
在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，激光器輸出的高斯光束因強(qiáng)度分布不均導(dǎo)致能量利用率受限，光束整形技術(shù)作為提升光束均勻性、適配多場景應(yīng)用的核心手段，已廣泛滲透激光加工、光纖通信、醫(yī)療設(shè)備、激光雷達(dá)等關(guān)鍵行業(yè)[1]。從非球面透鏡組的校正到液晶空間光調(diào)制器（LC-SLM）的動(dòng)態(tài)調(diào)控，光束整形技術(shù)的迭代升級(jí)始終離不開專業(yè)光學(xué)設(shè)計(jì)軟件的支撐。
整個(gè)光纖通信系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖示：
完整的光纖通信系統(tǒng)
2）設(shè)置相關(guān)參數(shù)。整體參數(shù)： User Defined Bit Sequence Generator “1001011010010110”，系統(tǒng)10G，入纖功率10dBm。APD管與PIN管的響應(yīng)度設(shè)定為1A/W。整體參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)傳輸速率10G.
OptiBPM應(yīng)用：光功率耦合器1個(gè)月前
? 輸入和輸出具有完全相同的單模波導(dǎo)
? 對(duì)稱性
? 如果功率合成器具有以下特性：
? 光功率合成器是光纖通信系統(tǒng)中的必要器件。
Ansys | 什么是光電子學(xué)？1個(gè)月前
電信
光電子學(xué)是現(xiàn)代電信的關(guān)鍵，這不僅體現(xiàn)在光纖通信中，還得益于激光和光子集成電路（PIC）。
在這些系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光二極管將電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，然后，光信號(hào)以脈沖的形式被引入光纖，并進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。信號(hào)沿著光纖傳輸，利用光纖纖芯和包層之間的折射率差異作為波導(dǎo)。在另一端，由光電探測(cè)器組成的收發(fā)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。
什么是波導(dǎo)？2個(gè)月前
光通信所用的光纖，是最常見的光波導(dǎo)類型。光纖通常由硅玻璃制成，具有高折射率纖芯和低折射率包層，以便沿光纖引導(dǎo)光。
平面光學(xué)波導(dǎo)則不怎么常見。這些波導(dǎo)被稱為片上波導(dǎo)，因?yàn)楣鈱W(xué)波導(dǎo)直接在半導(dǎo)體芯片上制成，例如：絕緣體上的硅、砷化鎵、鈮酸鋰或磷化銦芯片等。片上波導(dǎo)可能有多種幾何結(jié)構(gòu)，包括肋形、條形、微帶、負(fù)載型、倒肋和光子晶體等。
光纖光柵是一種新型的光無源器件，具有制作簡單、造價(jià)低、穩(wěn)定性好、體積小、抗電磁干擾、使用靈活、并易于同光纖系統(tǒng)兼容集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以近年來光纖光柵在光通信、光纖激光器和光纖傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到人們的重視，取得了令人矚目的成就。
1. 建模任務(wù)
本案例演示了均勻光纖布拉格光柵組件在OptiSystem中作為濾波器的應(yīng)用。本案例有兩種項(xiàng)目布局。在第一種布局中，使用了白色光源。
超高速、超長中繼距離傳輸一直是光纖通信所追求的目標(biāo)。而光纖損耗、色散和非線性效應(yīng)是其發(fā)展的主要限制因素。光纖的色散使光信號(hào)的脈沖展寬，而光纖中還有一種非線性的特性，光纖的非線性特性在光的強(qiáng)度變化時(shí)使頻率發(fā)生變化，從而使傳播速度變化，這種特性會(huì)使光信號(hào)的脈沖產(chǎn)生壓縮效應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1．熟悉Optisystem實(shí)驗(yàn)環(huán)境，練習(xí)使用元件庫中的常用元件組建光纖通信系統(tǒng)。
2．利用Optisystem的優(yōu)化功能仿真計(jì)算光纖通信系統(tǒng)的各項(xiàng)性能參數(shù)，并進(jìn)行分析。
3. 分析EDFA的優(yōu)化方法。
光學(xué)調(diào)制的作用可歸納為以下幾個(gè)方面：首先對(duì)于光纖通信而言，光學(xué)調(diào)制可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，以便在光纖中實(shí)現(xiàn)高速度、大容量、高帶寬、低損耗、以及抗電磁干擾能力強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸。此外通過復(fù)雜的調(diào)制方式，光信號(hào)的攔截和竊聽更為困難，因此具有較高的安全性。其次，在光子集成電路中，光學(xué)調(diào)制器可以與其他光電子器件高密度集成在一個(gè)芯片上，用于各種光信號(hào)處理應(yīng)用，包括復(fù)用、解復(fù)用、路由等。
【Lumerical系列】無源器件專題——復(fù)用器件（1）3個(gè)月前
圖1 復(fù)用技術(shù)工作原理
波分復(fù)用器件
波分復(fù)用技術(shù)是利用不同波長的光信號(hào)在光纖中獨(dú)立傳輸?shù)奶匦裕稍诂F(xiàn)有光網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多通道并行傳輸，是光纖通信中較成熟的技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)是在發(fā)送端通過波分復(fù)用器將兩種或多種不同波長的光載波信號(hào)匯合在一起， 耦合到同一根光纖中進(jìn)行傳輸，然后在接收端經(jīng)解復(fù)用器將不同波長的光信號(hào)分離開來，由光接收機(jī)進(jìn)一步處理，恢復(fù)為原信號(hào)。
