光纖傳輸的案例
用COMSOL仿真激光在光纖中傳輸的光熱效應問題
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！
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—單模光纖內光束的特性(光束的傳輸特性)
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。
OptiSystem應用：真實圖像在光纖中傳輸后的恢復
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 RP Fiber Power 單模光纖內光束的特性(光束的傳輸特性)
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。
來自武漢墨光微信公眾號
弱電工程中常見的傳輸介質：同軸電纜、雙絞線、光纖
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?。⑷萘看蟆⒖闺姶鸥蓴_。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。
展開 基于OptiSystem的波分+時分復用混合光網絡系統
信號接收模塊
調用Receivers library中的Photodetector PIN(PIN光電探測器)，而為了更具體的表述該光纖系統的傳輸信號的準確性和可靠性，在整個光纖傳輸系統的接收模型后調用Receivers library中Regenerators中的3R Regenerator（3R再生器）和Visualizer library中Electrical中的BER analyzer（誤碼率分析儀），從而進行信號分析。
圖6. 信號接收模塊
結果分析：
波分復用模塊將四個波長的信號光進行復用，隨后進行波長解調輸出。
圖7. 波分復用與解復用
時分復用模塊將四個不同時間的信號光進行復用，隨后進行時間解調輸出。
圖8. 時分復用與解復用
為研究不同傳輸長度下，該混合傳輸光網絡的信號質量，本案例設置Sweep模式，將光纖長度掃描范圍設置為5~50 km，其中經過5 km傳輸后的眼圖和誤碼率如圖9所示，系統的誤碼率BER低至6.5e-120，Q值為23，說明光信號具有較好的傳輸質量。
圖9. 信號傳輸后的眼圖分析
觀察不同光纖傳輸長度下的誤碼率變化曲線，如圖10所示，隨著傳輸距離的增加，誤碼率在上升。
圖10. 不同光纖傳輸長度下的誤碼率變化曲線
總結展望：本案例設計并仿真了四路波分復用乘以四路時分復用混合光網絡系統結構，分析了系統的波分復用以及時分復用特性，研究了信號光傳輸質量的影響因素。該系統具有將強的拓展性與靈活性，可根據客戶需求，進行調制格式，通信速率和傳輸長度等方面的設計與完善。
最后，歡迎大家通過微信公眾號聯系我們。
展開 基于OptiSystem的高速遠距離光纖通信系統研究
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 OptiSystem應用：交叉相位調制（XPM）
當兩束或者多束光在光纖中傳播時，除了光波對自身的調制之外，還有來自其它光波的干擾。光波由于光纖的非線性作用而互相干擾，這種現象稱之為交叉相位調制（XPM）。
本案例演示了在OptiSystem中將頻率相接近的兩束光耦合到一根光纖中進行傳輸，兩束光之間由于存在XPM效應，導致頻譜的不對稱展寬，以及不同頻率以不同速度傳播，最終形成時域內結構復雜且不對稱波形。
1. 光路設計
取兩個相互作用的高斯光波，一個是泵浦光，一個是探測光。泵浦光波長為1550nm，功率為20mV；探測光波長為1551nm，功率為2mV。將兩光耦合后入光纖中進行傳輸，考慮光纖的群速度色散效應（GVD），兩束不同頻率的光在光纖中速度不一致。光在光纖傳輸過程中，不僅有XPM和GVD的影響，自相位調制（SPM）也起到了調制作用，本例中不予考慮。
2. 仿真過程
2.1搭建光路圖?
2.2設置泵浦光和探測光的脈沖參數
泵浦光
探測光
2.3設置光纖參數：
勾選群速度色散，色散值設為16ps/nm/km
勾選自相位調制
3. 運行結果
圖1.光纖傳輸前
圖2.光纖傳輸后
展開 基于啁啾光纖光柵實現對光纖通信系統的色散補償
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?；贠ptiSystem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 OptiSystem應用：交叉相位調制（XPM）
當兩束或者多束光在光纖中傳播時，除了光波對自身的調制之外，還有來自其它光波的干擾。光波由于光纖的非線性作用而互相干擾，這種現象稱之為交叉相位調制（XPM）。
本案例演示了在OptiSystem中將頻率相接近的兩束光耦合到一根光纖中進行傳輸，兩束光之間由于存在XPM效應，導致頻譜的不對稱展寬，以及不同頻率以不同速度傳播，最終形成時域內結構復雜且不對稱波形。
1. 光路設計
取兩個相互作用的高斯光波，一個是泵浦光，一個是探測光。泵浦光波長為1550nm，功率為20mV；探測光波長為1551nm，功率為2mV。將兩光耦合后入光纖中進行傳輸，考慮光纖的群速度色散效應（GVD），兩束不同頻率的光在光纖中速度不一致。光在光纖傳輸過程中，不僅有XPM和GVD的影響，自相位調制（SPM）也起到了調制作用，本例中不予考慮。
2. 仿真過程
2.1搭建光路圖?
2.2設置泵浦光和探測光的脈沖參數
泵浦光
探測光?
2.3設置光纖參數：
勾選群速度色散，色散值設為16ps/nm/km
勾選自相位調制
3. 運行結果
圖1.光纖傳輸前
圖2.光纖傳輸后
展開 什么情況選單模光纖，什么情況選多模光纖，哪個更合適？
在當今網絡建設中，光纖由于速率高、速度快得到了廣泛的應用，其中以單模光纖和多模光纖最為普遍。關于這兩種光纖類型的區別、應用等方面仍然有很多疑問，接下來將從兩者的基本結構、傳輸距離、成本等方面深入分析單模光纖和多模光纖的差別。
一、單模光纖和多模光纖基本結構對比
光纖的基本結構一般由外護套、包層、纖芯、光源組成，單模光纖和多模光纖存在以下不同點：
外護套顏色差異
在實際應用中，光纖的外護套顏色可用來快速區分單模光纖和多模光纖。根據TIA-598C標準定義，單模光纖OS1、OS2采用黃色外護套，多模光纖OM1、OM2采用橙色外護套，OM3、OM4采用水藍色外護套（在非軍事用途下）。
圖1：單多模光纖外護套顏色
纖芯的直徑差異
多模光纖和單模光纖在纖芯直徑上有明顯差異，多模光纖的纖芯直徑通常是50或62.5μm，單模光纖的纖芯直徑是9μm。鑒于這種區別，單模光纖在較窄的芯徑上只能傳輸波長為1310nm或1550nm的光信號，但纖芯小帶來的好處是，光信號在單模光纖中沿著直線傳播，不會發生折射，色散較小，帶寬高；多模光纖纖芯寬，它可以在給定的工作波長上傳輸多種模式，但同時由于多模光纖中傳輸的模式多達數百個，各個模式的傳播常數和群速率不同，使光纖的帶寬窄，色散大，損耗也大。
圖2：單多模光纖纖芯直徑圖
備注：大多數光纖的標準包層直徑是125um，標準外保護層直徑是245um，不區分單多模。
光源的差異
光源通常有激光光源和LED光源兩種。單模光纖采用激光光源，多模光纖采用LED光源。
圖3：單多模光纖光源圖
二、單模光纖和多模光纖傳輸距離對比
眾所周知，單模光纖適用于長距離傳輸，多模光纖適用于短距離傳輸，下表展示了不同種類的單多模光纖具體的傳輸距離。
展開 
基于optisystem的光纖損耗特性與色散特性的研究
目前,光纖通信系統主要工作在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與波長的關系。從光纖損耗譜可以看出,衰減系數隨波長的增大呈降低趨勢;損耗的峰值主要與OH-離子有關。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。
損耗受限系統的中繼距離
實際的光纖通信系統設計中，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，以實現可靠穩定的傳輸效果。
實驗內容
模型構建
在OptiSystem中建立如圖3-2所示的損耗受限光纖傳輸系統仿真模型。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換，通過低通濾波器過濾出傳輸的信號。
圖 3?2 損耗受限光纖傳輸系統仿真模型
中繼距離的理論計算
根據公式3-1可以知道光纖通信系統中各個部分應滿足的指標。
?=+++ （式3-1）
其中Pt=發射機功率，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的計算結果.
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡
展開 基于optisystem光纖損耗特性與色散特性的研究
光纖損耗特性的研究；在optisystem系統上構建仿真模型并驗證其是否滿足性能目標。計算損耗受限系統的中繼距離，
2. 采用標準單模光纖和直接調制的色散受限光纖傳輸系統, 計算中繼距離。在optisystem系統上構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構不完善引起的損耗。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工藝過程中產生的,主要由光纖中不純成分的吸收(雜質吸收)和光纖的結構缺陷引起。雜質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。
展開 基于OptiSystem的LD\LED\EDFA仿真分析
調用Receivers library中的Photodetector PIN(PIN光電探測器)，而為了更具體的表述該光纖系統的傳輸信號的準確性和可靠性，在整個光纖傳輸系統的接收模型后調用Receivers library中Regenerators中的3R Regenerator（3R再生器）和Visualizer library中Electrical中的BER analyzer（誤碼率分析儀），從而進行信號分析。
參數設置：序列發生器Pseudo-Random Bit Sequence Generator設置如下，Bit rate為40Gbit/s。激光器的波長設置為1550nm，功率設置為1mW，線寬為0.1MHz。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。
仿真結果如圖所示。
經過100km的傳輸后，采用光譜儀觀察光譜，可以看到7個通道的信號光如圖所示，保持較高的信噪比。采用光功率計測試傳輸后的信號光功率，為10.20dBm。采用示波器觀察193.1THz傳輸通道的眼圖和誤碼特性，采用誤碼儀觀察誤碼情況，可以看到信號脈沖序列較為規整，眼圖張開度大，誤碼率為3.14e-79，表明該WDM系統具有較好的信號傳輸質量。
3、總結展望：
本案例設計了仿真LD、LED直接調制系統，研究了系統輸出性能；仿真了EDFA的光纖通信系統，實現了200km、40Gbit/s的傳輸，搭建了一個7通道的WDM光纖通信系統，該案例具有靈活的可拓展性，可以根據客戶需求進行功能的豐富與系統結構的優化。
最后,歡迎關注"320科技工作室"公眾號
展開 【高速傳輸】數據量激增，處理吃緊？高速光纖通信板實現的大數據高速處理方案
“
隨著硬件技術的不斷發展，快速傳輸大量數據變得越來越重要，電視、平板電腦、顯示器和手機顯示市場也在不斷增長。與此同時，顯示分辨率也在迅速提高，幾年前還在普遍使用全高清電視(Full HD TV)，但現在常見的是4K和8K電視；而手機的顯示屏，3K（3088×1440）分辨率的6英寸屏幕正逐漸開始普及。
在檢測這些設備時，通常將顯示器的像素與相機的像素進行匹配。隨著分辨率和顯示尺寸的增加，相機的分辨率或拍攝次數也要相應地增加。這也就意味著對大量數據的高速傳輸需求。
最近，在機器視覺市場上，已經有CXP-12（CoaXPress）產品推出。這些產品能以高達50Gbps的速率傳輸數據，相當于最大速率可達6.25GByte/s。這無疑是一個大容量接口。
圖像數據通常由CPU處理，或是使用GPU進行并行處理。
由于高分辨率，高速數據傳輸CPU或GPU的處理容量超過 Takt time（節拍時間）時，則可以通過多臺PC的分散式處理來實現目標的節拍時間。本文將介紹如何使用Aval data公司的GiGA系列高速光通信板（分散式處理），來減少節拍時間。
有關分散式處理的信息
Avaldata的GiGA系列是一種基于光通信的高速串行通信板，能夠實現高達80Gbps的數據傳輸率。所有可以寫入內存的數據（如圖像、文件、數字、信息等）均可傳輸。
圖1 光通信板。
GiGA系列與圖像采集卡（自行采集和輸出圖像的產品）和分發圖像的Splitter不同，它不僅能傳輸圖像，還可以傳輸所有數據。它用途廣泛，可與來自不同制造商的硬件一起使用。
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