光纖系統
關注創建者：聯合光學 創建時間：2020-12-18
光纖系統的實例教程
1、設計需求
本案例是基于啁啾光纖光柵實現對光纖通信系統的色散補償，構建了后置色散補償系統、前置色散補償系統和混合色散補償系統。基于OptiSystem仿真軟件實現了三種不同結構的基于啁啾光纖光柵色散補償的光纖通信系統，通過眼圖評估系統通信性能。
2、系統設計
仿真系統調制格式采用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行色散色度補償，同時利用EDFA光放大器實現損耗補償。最后信號在接收模塊進行信號解調與分析。模塊中的Loop Control器件控制鏈路傳輸次數，其中，SMF的色散系數為16 ps/nm·km，色散斜率系數為0.08 ps/nm2·km，衰減量為0.2 dB/km，單程中SMF長度為80 km。光纖傳輸系統總共傳輸320 km。
2.1后置色散補償系統
圖示為后置色散補償系統，啁啾光纖光柵置于單模光纖后，對信號傳輸過程中產生的色散進行補償。在未進行色散補償的情況下，即將光路中的啁啾光纖光柵去除，此時接收端的信號眼圖如圖所示，可以看到眼圖混亂，誤碼率為1。當采用啁啾光纖光柵時，色散量設置為-1280 ps/nm·km，在10Gbit/s傳輸速率的情況下接收端的信號眼圖如圖所示，可以看到誤碼率為6.05e-20，Q因子為9.03，眼圖張開度好，信號質量佳。
2.2前置色散補償系統
圖示為前置色散補償系統，啁啾光纖光柵置于單模光纖前，對信號傳輸過程中產生的色散進行預補償。
2.3混合色散補償系統
圖示為混合色散補償系統，兩個啁啾光纖光柵分別置于單模光纖前部和后部，對信號分別進行預補償和產生色散后的補償。該方案結合了后置色散補償方式和前置色散補償方式的特點。
展開 1、問題描述：
設計高速遠距離色散補償光纖通信系統，對比不同結構與參量下系統的信號傳輸效果。首先基于OptiSystem仿真軟件，設計一個傳輸300km、傳輸速率為40Gbit/s的光纖通信系統。隨后對比不同光纖長度、不同光波長、不同調試方式（直接調制和外調制）以及不同光探測器（PIN和APD）等方式下的信號傳輸效果。
2、系統設計：
為了使得整個系統得到最好的信噪比，并且保證系統誤碼率在可接受的范圍內。本文選擇NRZ格式的外調制方式，調制速率為40Gbit/s。傳輸鏈路采用單模光纖進行信號傳輸，長度設置為300km。信號接收端采用PIN二極管進行光電轉換，采用Low pass Bessel filter進行濾波處理，為了實時地觀察系統的運行狀態，用BER分析儀進行信號的分析與評價。整個光纖通信系統的架構如下圖示。
圖. 完整的光纖通信系統
3、參數設置
系統整體參數中的比特率Bit rate設置為40Gbit/s。序列發生器Pseudo-Random Bit Sequence Generator為偽隨機碼發生器，Bit rate為40Gbit/s。激光器的波長設置為1550nm，功率設置為0dBm，線寬為0.1MHz。單模光纖設置長度為50km，損耗為0.2dB/km，色散為16ps/nm/km，色散補償光纖長度為10km，損耗為0.5dB/km，色散為-80ps/nm/km。采用EDFA進行損耗補償，分別提供10dB和5dB的增益。光纖傳輸鏈路中采用Loop Control進行循環次數控制。探測部分PIN管的響應度設定為1A/W。
展開 實驗目的
熟悉光纖通信系統的主要組成部分
掌握通信系統綜合設計的主要內容
實驗原理
NRZ、RZ調制格式，直接調制或者外調制，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調制格式，因為經NRZ調制的光信號具有緊湊的頻譜特性，調制和調解結構簡單，在10G和一部分40G系統中得到廣泛應用，一直被作為中短距離光纖通信系統中的主要調制格式，通過色散管理和終端可調色散補償技術，NRZ調制格式在終端傳輸距離普通光纖獲得良好的光傳輸性能。
選擇直接調制，因為直接強度調制是用信號直接調制激光器的驅動電流，使其輸出功率隨信號變化.這種方式設備相對簡單，研究較早，現已成熟并商品化.外調制則常用于要求較高的通信系統。
選擇APD管，因為由書上的P264頁的圖8.3可知，PIN管接收靈敏度適用于低數據速率光纖通信，當系統通信數據速率為10G時，PIN靈敏度管不適于應用，我們優選ADP管。
選擇low pass gauss filter（低通高斯響應濾波器），因為low pass rectangular filter（低通矩形響應濾波器）是理想的低通濾波器的模型，在幅頻特性曲線上呈現矩形。 在現實中，如此理想的特性是無法實現的，所有的設計只不過是力圖逼近矩形濾波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯響應濾波器）采用時域法測量有效帶寬，具有直觀、簡便的優點，而采用時域法能夠顯著縮短有效帶寬測量時間。
實驗內容
本次實驗中，由NRZ調制格式、直接調制、APD管和low pass gauss filter構成的光纖通信系統。
1）.根據實驗要求，連接實驗電路。
展開 光纖陀螺儀系統設計：DC檢測方法[1]
使用理想元件，輸出光電流（I）為
其中φs 是薩格納克相移 ， Io 是以零角速度情況計算出的電流
P 是光源光功率， σ 是光電檢測器的響應度（在我們的案例中等于1）。在等式（2）中將光功率除以2是因為在耦合器處功率損失了一半。一旦φs 確定了， 我們可以計算
其中 L 是光線長度, D 是環直徑, λ 是光源波長，由此來確定環路Ω 的角速度。注意，由于等式（1）具有余弦，因此直流技術無法區分正負速度。
圖1 FOG DC檢測布局
光纖陀螺儀系統設計：相位調制方法[2]
當嘗試測量非常低的角旋轉速率時，DC方法不是很準確，所以通常使用相位調制技術。對于該設置，光檢測信號
將相位調制器幅度選擇到+/-0.9 rad ，給出最大化J1(Φm) = 0.581517 的項Φm = 1.8 。提取調制頻率ωm的余弦級數
公式3得到角速度。我們可以重新排列找到φ_??，然后再次使用公式（3）找到角速度。注意，在這種情況下，由于等式（5）具有正弦關系，所以我們可以確定角速度的大小和方向。另外，在這種情況下, 在等式（2）中，零速電流不是??_??=????/2 而是 ??_??=????/8因為在光到達光電二極管的時候，其功率已經被耦合器減半了三次。
圖2 OptiSystem設計的調制技術原理圖（資料來源：REF）（注：光纖偏振器未包含在設計中）
對于以下的OptiSystem設計，角速度已設置為7.27e-5rad / s（地球的轉速）。I-FOG的設置顯示在紅色框中（在全局參數下）。通過使用相移分量來應用薩格納克相移，計算如下:
在這里，我們根據前面的方程，使用C ++組件來計算角速度。
展開 光纖陀螺儀系統設計：DC檢測方法[1]
使用理想元件，輸出光電流（I）為
其中φs 是薩格納克相移 ， Io 是以零角速度情況計算出的電流
P 是光源光功率， σ 是光電檢測器的響應度（在我們的案例中等于1）。在等式（2）中將光功率除以2是因為在耦合器處功率損失了一半。一旦φs 確定了， 我們可以計算
其中 L 是光線長度, D 是環直徑, λ 是光源波長，由此來確定環路Ω 的角速度。注意，由于等式（1）具有余弦，因此直流技術無法區分正負速度。
圖1 FOG DC檢測布局
光纖陀螺儀系統設計：相位調制方法[2]
當嘗試測量非常低的角旋轉速率時，DC方法不是很準確，所以通常使用相位調制技術。對于該設置，光檢測信號
將相位調制器幅度選擇到+/-0.9 rad ，給出最大化J1(Φm) = 0.581517 的項Φm = 1.8 。提取調制頻率ωm的余弦級數
公式3得到角速度。我們可以重新排列找到φ_??，然后再次使用公式（3）找到角速度。注意，在這種情況下，由于等式（5）具有正弦關系，所以我們可以確定角速度的大小和方向。另外，在這種情況下, 在等式（2）中，零速電流不是??_??=????/2 而是 ??_??=????/8因為在光到達光電二極管的時候，其功率已經被耦合器減半了三次。
圖2 OptiSystem設計的調制技術原理圖（資料來源：REF）（注：光纖偏振器未包含在設計中）
對于以下的OptiSystem設計，角速度已設置為7.27e-5rad / s（地球的轉速）。I-FOG的設置顯示在紅色框中（在全局參數下）。通過使用相移分量來應用薩格納克相移，計算如下:
在這里，我們根據前面的方程，使用C ++組件來計算角速度。
展開 
光纖系統的相關專題、標簽、搜索
光纖系統的最新內容
摘要
光纖是現代光學系統中最通用的部件之一。它們最重要的特點之一是它們能夠在遠距離（甚至幾公里）內以極低的損耗傳輸光能。另一方面，以一種能夠達到盡可能高的效率的方式將光耦合到光纖中通常是一項非常精細的需求：例如，良好的匹配是至關重要的。在這個例子中，我們選擇了一個商用的鏡頭，并展示了如何找到最佳的工作距離，以實現最大的耦合效率。
摘要
在我們的上一期技術簡訊中，我們將焦點放在光纖耦合設置的參數優化上，采用快速物理光學建模和設計軟件 VirtualLab Fusion 為您提供的用戶友好型工具，以實現光纖耦合的最大效率，。然而，實踐中良好的光學設計的特征不僅在于可以最大化特定評價函數的參數的最佳組合。另一個關鍵方面是它的穩健性：由于設計過程中假設的條件在現實環境中無法完美滿足，因此合乎邏輯的下一步是分析系統幾何形狀的微小偏差如何影響整體結果
摘要
光纖是光學系統中廣泛使用的光源。因此，研究光學系統的像差對光纖模式傳播的影響是有意義的。在本用例中，我們使用VirtualLab Fusion中的快速物理光學引擎來演示由階躍或梯度折射率光纖產生的一組模式的形狀，以及由它們的組合產生的光場，如何受到有像差的光學系統的影響。
整個光纖通信系統的架構如下圖示：
完整的光纖通信系統
2）設置相關參數。整體參數： User Defined Bit Sequence Generator “1001011010010110”，系統10G，入纖功率10dBm。APD管與PIN管的響應度設定為1A/W。整體參數設置：系統傳輸速率10G.
OptiBPM應用：光功率耦合器1個月前
? 輸入和輸出具有完全相同的單模波導
? 對稱性
? 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中的必要器件。
在設計激光器和光纖系統時，有時需要使用具有斜切端面的光纖，以減少光纖端面引起的背向反射。
高斯脈沖下的FBG濾波器
高斯脈沖光學系統中均勻光纖布拉格光柵濾波器的光路如下圖。
我們對高斯脈沖的半高全寬（寬度）進行掃描，設置其寬度為0.005、0.05和0.5，如圖。
初始高斯脈沖的頻譜如圖
高斯脈沖的初始頻譜，寬度為0.5和0.05（分別為12.5ps和1.25ps）
獲得的反射光譜如圖所示。
模擬中使用的光纖參數和系統布局如圖6所示。該系統仿真1530nm處的信號增益相對于泵浦功率的曲線。輸入信號功率保持在-20dBm，980nm處的泵浦功率在2mW到50mW之間變化。
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。
光纖光源聚焦模式的像差效應3個月前
階躍折射率光纖建模任務
光纖是光學系統中廣泛使用的光源。因此，研究光學系統的像差對光纖模式傳播的影響是有意義的。
