光纖傳輸
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2021-11-27
光纖傳輸的實例教程
研究非理想的入射條件下，單模光纖內多光束的傳輸特性。設定入射光為高斯型（不完全匹配光纖的導波模式），離軸入射，并具有一定的入射角。根據以上計算的光纖模式，用戶還需計算入射效率，采用多個光束傳輸，即可分析光纖內的傳輸特性。
圖1為yz平面的場振幅分布，可觀察到入射光如何進入包層的過程。
圖2為入射效率與初始光束半徑的函數關系。
用COMSOL仿真激光在光纖中傳輸的光熱效應問題
我想仿真激光在光纖中傳輸的光熱效應，即激光在光纖中損耗轉化為熱量的現象。
我選用COMSOL 波動光學模塊和固體傳熱模塊，添加多物理場耦合，study設置為頻域-瞬態。
具體模型如下圖所示，光纖材料為silica，外層為air，上下端口設置為數值端口。
但是計算總是顯示不收斂，初步懷疑是邊界條件的問題，請問這種結構該如何設置熱場的邊界條件？
謝謝！
本案例的目的是仿真圖像經過圖像處理轉化成二進制信號之后，在光纖系統中進行傳輸，最后經過圖像恢復得到傳輸后的圖像，并觀察眼圖來評估傳輸質量。
一、黑白圖像傳輸
首先，我們搭建一個如圖1所示的系統布局。
圖1.黑白圖像傳輸系統布局
在這個鏈路中，我們將圖片導入到黑白圖像數字化組件（Black and White Image Digitizer），該組件將圖片轉化成二進制信號，生成的信號會調制載波經過50km的光纖系統進行傳輸，光電轉化并濾波之后，我們用數據恢復器件（Data Recovery）來恢復二進制信號，再用圖像重構組件（Image Reconstructor）接收二進制信號實現對傳輸之后圖像的恢復。
對于黑白圖像數字化組件和圖像重構組件，設置如圖2所示：
（a）黑白圖像數字化組件設置
（b）圖像重構組件設置
圖2.黑白圖像數字化組件和圖像重構組件設置
運行程序，得到經光纖系統傳輸之后恢復后的圖像，與原圖像對比如圖3：
（a）原始圖像
（b）傳輸后恢復圖像
圖3.黑白圖片原始圖像與傳輸后恢復圖像對比
由于傳輸過程中存在損耗與色散，圖片恢復后產生部分失真。為了更直觀評估系統傳輸性能，我們可以進行眼圖分析，眼圖如圖4：
圖4.黑白圖片傳輸系統眼圖
二、彩色圖像傳輸
對于彩色圖片傳輸系統，我們搭建圖5所示光路。
圖5 彩色圖像傳輸系統布局
與黑白圖像傳輸布局類似，對于彩色圖像，只需將黑白圖像數字化組件改為彩色圖像數字化組件（Colored Image Digitizer）。
展開 文件：Launching light into a single-mode fiber .fpw
研究非理想的入射條件下，單模光纖內多光束的傳輸特性。設定入射光為高斯型（不完全匹配光纖的導波模式），離軸入射，并具有一定的入射角。根據以上計算的光纖模式，用戶還需計算入射效率，采用多個光束傳輸，即可分析光纖內的傳輸特性。
圖1為yz平面的場振幅分布，可觀察到入射光如何進入包層的過程。
圖2為入射效率與初始光束半徑的函數關系。
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七類線（CAT7）：傳輸頻率至少可達600 MHz，傳輸速率可達10 Gbps，它主要為了適應萬兆位以太網技術的應用和發展。該線是ISO 7類/F級標準中最新的一種屏蔽雙絞線。
八類線（CAT8）：這里有必要提下八類網線，跟七類網線一樣的是雙層屏蔽（SFTP），它擁有兩個導線對，2000MHz的超高寬屏，傳輸速率高達40Gb/s，但它最大傳輸距離僅有30m，故一般用于短距離數據中心的服務器、交換機、配線架以及其他設備的連接。雖然八類線傳輸距離短，但傳輸速率和頻率帶寬是遠遠超過其他類的。
三、光纜
光纖是利用光在玻璃或塑料纖維中的全反射原理而達成的光傳導工具。光在光導纖維的傳導損耗比電在電線傳導的損耗低得多，光纖被用作長距離的信息傳遞。
光纖特點
重量輕，體積小、傳輸遠（衰減小）、容量大、抗電磁干擾。光纜一般由多根光纖和塑料保護套管及塑料外皮構成。通常看到工人敷設的黑色線纜叫做光纜，里面包含了多組光纖。
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Ansys | 什么是光電子學？1個月前
在這些系統中，半導體激光二極管將電子數據轉化為光信號，然后，光信號以脈沖的形式被引入光纖，并進行遠距離傳輸。信號沿著光纖傳輸，利用光纖纖芯和包層之間的折射率差異作為波導。在另一端，由光電探測器組成的收發器將光信號轉換回電信號。該過程使電子數據能夠借助光信號從一個位置傳輸到另一個位置，而光信號在遠距離的移動速度比電子快得多。
什么是波導？2個月前
單模光纖用于長距離通信，而多模光纖則用于短距離通信。
半導體激光產生光脈沖，將編碼信息傳輸至光纖。信息被編碼到光信號上，要么是通過調制激光器的驅動電流，要么使用與激光器分離的外部調制器。光波隨后沿光纖傳播，直至波導接收器（包含一個光電二極管和一個跨阻放大器）接收為止。這些接收器將光纖的高頻光信號處理為電信號，以實現數據傳輸。
光學波導的材料屬性非常重要。
原理
有一束頻率為ωp的泵浦光和一束頻率為ωs的斯托克斯光(或稱之為信號光)一起注入到光纖中，兩束光在光纖中傳輸的同時，泵浦光的一部分能量將會通過受激拉曼散射效應對斯托克斯進行放大，這表現為對斯托克斯光的拉曼增益。
2. 仿真過程
2.1設置全局參數
2.2搭建光路
整體光路
3.
光孤子通信系統脈沖器進行編碼調制，通過光功率放大器(如EDFA)對傳輸過程中信號能力衰耗進行補償、并在光纖中進行傳輸，光纖中的非線性效應抵消色散的脈沖展寬，使光孤子信號在長距離光纖穩定傳輸。
2.仿真步驟
圖1所示為光路圖。
圖1.光路布局
圖2是用于實現10 Gb/s傳輸的全局參數。
圖2.全局參數設置
圖3為脈沖參數。
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。
圖1 復用技術工作原理
波分復用器件
波分復用技術是利用不同波長的光信號在光纖中獨立傳輸的特性，可在現有光網絡中實現數據的多通道并行傳輸，是光纖通信中較成熟的技術。波分復用技術是在發送端通過波分復用器將兩種或多種不同波長的光載波信號匯合在一起， 耦合到同一根光纖中進行傳輸，然后在接收端經解復用器將不同波長的光信號分離開來，由光接收機進一步處理，恢復為原信號。
然而，芯片與外界信息交互時需要光纖傳輸，其次，硅基光子芯片的光源集成難度較大，因此需要光纖耦合來提供光源。但是SOI條形波導與光纖直接耦合的效率并不高，甚至低于10%，主要原因在于兩者的模場面積相差較大，標準的單模光纖的模場面積大約在 ，而波導的模場有效面積通常小于 ，在耦合過程中會產生極大的模場失配，進而產生較大的插入損耗。
然而，芯片與外界信息交互時需要光纖傳輸，其次，硅基光子芯片的光源集成難度較大，因此需要光纖耦合來提供光源。但是SOI條形波導與光纖直接耦合的效率并不高，甚至低于10%，主要原因在于兩者的模場面積相差較大，標準的單模光纖的模場面積大約在 ，而波導的模場有效面積通常小于 ，在耦合過程中會產生極大的模場失配，進而產生較大的插入損耗。
