光放大器仿真的案例
OptiSystem應(yīng)用：光放大器EDFA的仿真
Optisystem可以設(shè)計(jì)和模擬光纖放大器和光纖激光器。
此處展示的案例可在Optisystem安裝文件夾samplesOptical amplifiers中找到。
該教程將會(huì)介紹光放大器庫(kù)這一部分。
光放大器
全局參數(shù)
使用Optisystem的第一步是設(shè)置全局參數(shù)。
我們都知道，主要的一個(gè)參數(shù)是time window，它由比特率和序列長(zhǎng)度計(jì)算得到。
對(duì)于放大器和激光器的設(shè)計(jì)，還有其它可以定義模擬中的迭代次數(shù)和引入初始延遲的重要參數(shù)。
這些參數(shù)是Iterations和Initial delay，可以在全局參數(shù)窗口中獲得（圖1）
圖1 全局參數(shù)：Signals 標(biāo)簽
本次教程中，除了一些全局參數(shù)，我們會(huì)使用默認(rèn)參數(shù)。
?在全局參數(shù)對(duì)話框，將參數(shù)Bit rate設(shè)置為2.5e9，Sequence length為32，Samples per bit為32。Time window參數(shù)應(yīng)該為1.28e-8（圖2）。
圖2 全局參數(shù)：Simulation參數(shù)標(biāo)簽
系統(tǒng)設(shè)置
（a）
（b）
圖3 EDFA布局
Signals標(biāo)簽
盡管所有的組件都在布局中正確地連接了，但是我們還不能正常的運(yùn)行模擬。
首先，因?yàn)槲覀兛紤]信號(hào)在兩個(gè)方向上傳輸，所以我們需要不止一個(gè)全局迭代來(lái)使系統(tǒng)的結(jié)果收斂。
其次，第一次迭代中，雙向組件的左輸入端口沒(méi)有反向信號(hào)，例如隔離器和泵浦耦合器，這會(huì)使模擬被終止。
要解決第一個(gè)問(wèn)題，你只需增加迭代次數(shù)
要解決第二個(gè)問(wèn)題，有兩個(gè)可能的解決方案：我們可以啟用在Signals標(biāo)簽的Initial delay參數(shù)（圖4）或者我們可以在布局中加入Optical Delay（圖5）。
展開(kāi) OptiSystem應(yīng)用：光放大器EDFA的仿真
這些參數(shù)是Iterations和Initial delay，可以在全局參數(shù)窗口中獲得（圖1）
對(duì)于放大器和激光器的設(shè)計(jì)，還有其它可以定義模擬中的迭代次數(shù)和引入初始延遲的重要參數(shù)。
我們都知道，主要的一個(gè)參數(shù)是time window，它由比特率和序列長(zhǎng)度計(jì)算得到。
使用Optisystem的第一步是設(shè)置全局參數(shù)。
全局參數(shù)
光放大器
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Optisystem可以設(shè)計(jì)和模擬光纖放大器和光纖激光器。
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光放大器
全局參數(shù)
使用Optisystem的第一步是設(shè)置全局參數(shù)。
我們都知道，主要的一個(gè)參數(shù)是time window，它由比特率和序列長(zhǎng)度計(jì)算得到。
對(duì)于放大器和激光器的設(shè)計(jì)，還有其它可以定義模擬中的迭代次數(shù)和引入初始延遲的重要參數(shù)。
這些參數(shù)是Iterations和Initial delay，可以在全局參數(shù)窗口中獲得（圖1）
圖1 全局參數(shù)：Signals 標(biāo)簽
本次教程中，除了一些全局參數(shù)，我們會(huì)使用默認(rèn)參數(shù)。
?在全局參數(shù)對(duì)話框，將參數(shù)Bit rate設(shè)置為2.5e9，Sequence length為32，Samples per bit為32。Time window參數(shù)應(yīng)該為1.28e-8（圖2）。
圖2 全局參數(shù)：Simulation參數(shù)標(biāo)簽
系統(tǒng)設(shè)置
（a）
（b）
圖3 EDFA布局
Signals標(biāo)簽
盡管所有的組件都在布局中正確地連接了，但是我們還不能正常的運(yùn)行模擬。
首先，因?yàn)槲覀兛紤]信號(hào)在兩個(gè)方向上傳輸，所以我們需要不止一個(gè)全局迭代來(lái)使系統(tǒng)的結(jié)果收斂。
其次，第一次迭代中，雙向組件的左輸入端口沒(méi)有反向信號(hào)，例如隔離器和泵浦耦合器，這會(huì)使模擬被終止。
要解決第一個(gè)問(wèn)題，你只需增加迭代次數(shù)
要解決第二個(gè)問(wèn)題，有兩個(gè)可能的解決方案：我們可以啟用在Signals標(biāo)簽的Initial delay參數(shù)（圖4）或者我們可以在布局中加入Optical Delay（圖5）。
展開(kāi) OptiSystem應(yīng)用：光放大器EDFA的仿真
Optisystem可以設(shè)計(jì)和模擬光纖放大器和光纖激光器。
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光放大器
全局參數(shù)
使用Optisystem的第一步是設(shè)置全局參數(shù)。
我們都知道，主要的一個(gè)參數(shù)是time window，它由比特率和序列長(zhǎng)度計(jì)算得到。
對(duì)于放大器和激光器的設(shè)計(jì)，還有其它可以定義模擬中的迭代次數(shù)和引入初始延遲的重要參數(shù)。
這些參數(shù)是Iterations和Initial delay，可以在全局參數(shù)窗口中獲得（圖1）
圖1 全局參數(shù)：Signals 標(biāo)簽
本次教程中，除了一些全局參數(shù)，我們會(huì)使用默認(rèn)參數(shù)。
?在全局參數(shù)對(duì)話框，將參數(shù)Bit rate設(shè)置為2.5e9，Sequence length為32，Samples per bit為32。Time window參數(shù)應(yīng)該為1.28e-8（圖2）。
圖2 全局參數(shù)：Simulation參數(shù)標(biāo)簽
系統(tǒng)設(shè)置
（a）
（b）
圖3 EDFA布局
Signals標(biāo)簽
盡管所有的組件都在布局中正確地連接了，但是我們還不能正常的運(yùn)行模擬。
首先，因?yàn)槲覀兛紤]信號(hào)在兩個(gè)方向上傳輸，所以我們需要不止一個(gè)全局迭代來(lái)使系統(tǒng)的結(jié)果收斂。
其次，第一次迭代中，雙向組件的左輸入端口沒(méi)有反向信號(hào)，例如隔離器和泵浦耦合器，這會(huì)使模擬被終止。
要解決第一個(gè)問(wèn)題，你只需增加迭代次數(shù)
要解決第二個(gè)問(wèn)題，有兩個(gè)可能的解決方案：我們可以啟用在Signals標(biāo)簽的Initial delay參數(shù)（圖4）或者我們可以在布局中加入Optical Delay（圖5）。
展開(kāi) 
光通信設(shè)計(jì)軟件——OptiSystem 光通信系統(tǒng)與放大器設(shè)計(jì)軟件
應(yīng)用領(lǐng)域：
OptiSystem針對(duì)科研工程師、光通信工程師、系統(tǒng)集成商、學(xué)生和各種各樣的其他用戶的需求研發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)物理層中幾乎所有類(lèi)型光鏈路的設(shè)計(jì)自動(dòng)化，以及從SAN到MAN和LAN的寬光譜光網(wǎng)絡(luò)分析，應(yīng)用范圍包括：
? 從組件到系統(tǒng)的光通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括高級(jí)調(diào)制格式和DSP
? CATV或者TDM/WDM網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
? 基于FTTx的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）
? 自用空間光通信（FSO）
? 光載無(wú)線通信（ROF）微波系統(tǒng)
? SONET/SDH環(huán)設(shè)計(jì)
? 發(fā)射器，信道，放大器，接收器設(shè)計(jì)
? 不同接收模型下的誤碼率和系統(tǒng)懲罰計(jì)算
? 放大系統(tǒng)BER和系統(tǒng)鏈路預(yù)算的計(jì)算
? 溫度、應(yīng)力、應(yīng)變和振動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)
? Li-Fi應(yīng)用
? 多模系統(tǒng)
? 光放大器和光纖激光器
? LIDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)
展開(kāi) RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—放大器的動(dòng)態(tài)仿真
該模型采用RP Fiber Power 軟件對(duì)一定輸入功率下光纖放大器的動(dòng)態(tài)仿真。
采用摻釔光纖放大器的簡(jiǎn)單模型。對(duì)于光纖的起始點(diǎn),設(shè)定具有一定泵浦與信號(hào)功率的穩(wěn)定狀態(tài)。然后設(shè)定超高斯型的信號(hào)脈沖,占有絕大部分能量。由于在放大期間,增益突然急劇下降,輸出脈沖的形狀本身存在畸變。
光纖激光器設(shè)計(jì)軟件 | RP Fiber Power仿真脈沖放大器模型
光纖激光器軟件設(shè)計(jì)
RP Fiber Power仿真脈沖放大器模型
講講脈沖放大器在 RP Fiber Power 中的演示結(jié)果。基于初始脈沖的基本性能包括脈寬、重頻等的定義，脈沖傳輸?shù)亩x，加上光纖的結(jié)構(gòu)和模型的搭建就可以簡(jiǎn)單的模擬脈沖經(jīng)過(guò)光纖放大器傳輸?shù)慕Y(jié)果。復(fù)雜模型比如考慮多模，多摻雜系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)仿真等在此基礎(chǔ)上添加相關(guān)參數(shù)代碼即可。下圖顯示了拋物線型脈沖作為輸入信號(hào)光經(jīng)過(guò)摻Y(jié)b光纖激光器之后的結(jié)果圖。
（1）時(shí)間序列圖
（2）頻域圖
（3）強(qiáng)度分布
（4）光纖中不同位置處脈沖的輸出性能參數(shù)變化
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RP 系列 激光分析設(shè)計(jì)軟件
展開(kāi) 空間光調(diào)制器像素處光衍射的仿真
空間光調(diào)制器(SLM.0002 v1.1)
應(yīng)用示例簡(jiǎn)述
1. 系統(tǒng)細(xì)節(jié)
? 光源
— 高斯光束
? 組件
— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)
? 探測(cè)器
— 視覺(jué)感知的仿真
— 電磁場(chǎng)分布
? 建模/設(shè)計(jì)
— 場(chǎng)追跡：
? 一個(gè)SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無(wú)功能間隔引起的衍射效應(yīng)。
2. 系統(tǒng)說(shuō)明
3. 模擬 & 設(shè)計(jì)結(jié)果
4. 總結(jié)
考慮SLM像素間隔來(lái)研究空間光調(diào)制器的性能。
第1步
將像素間隔引入到一個(gè)先前設(shè)計(jì)的用于光束整形的SLM透射函數(shù)。
第2步
分析不同區(qū)域填充因子的對(duì)性能的影響。
產(chǎn)生的衍射效應(yīng)對(duì)SLM的光學(xué)功能以及效率具有重大影響。
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
系統(tǒng)參數(shù)
1. 該應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容
2. 設(shè)計(jì)&仿真任務(wù)
由于制造和技術(shù)的原因，像素之間存在非功能間隔。這種典型的間隔會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)，從而影響SLM的光學(xué)性能，并在接下來(lái)的工作中對(duì)其進(jìn)行研究。
3. 參數(shù)：輸入近乎平行的激光束
4. 參數(shù)：SLM像素陣列
5. 參數(shù)：SLM像素陣列
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
仿真&結(jié)果
1. VirtualLab能夠模擬具有間隔的SLM
? 由于可以嵌入組件，VirtualLab可以輕松的實(shí)現(xiàn)反射系統(tǒng)(如反射鏡，2f系統(tǒng)等)。
? 內(nèi)置的SLM模式可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單透射函數(shù)到包含像素和間隔的陣列的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
2.
展開(kāi) RP Fiber Power 放大器的動(dòng)態(tài)仿真
(更多精彩技術(shù)文章，請(qǐng)關(guān)注“武漢墨光”微信公眾號(hào))
文件：Dynamic amplifier simulation .fpw
(對(duì)應(yīng)表格操作文件Dynamic amplifier simulation . fpi)
該模型采用RP Fiber Power 軟件對(duì)一定輸入功率下光纖放大器的動(dòng)態(tài)仿真。
采用摻釔光纖放大器的簡(jiǎn)單模型。對(duì)于光纖的起始點(diǎn)，設(shè)定具有一定泵浦與信號(hào)功率的穩(wěn)定狀態(tài)。然后設(shè)定超高斯型的信號(hào)脈沖，占有絕大部分能量。由于在放大期間，增益突然急劇下降，輸出脈沖的形狀本身存在畸變。
GLAD激光仿真：ZIG-ZAG放大器
概述
所謂ZIG-ZAG放大器是指光束在同一臺(tái)放大器傳輸多次，獲得多次放大，光束的傳輸路徑呈現(xiàn)之字型。圖1給出了由兩面反射鏡構(gòu)成的ZIG-ZAG放大器。光線-1, 0，+1可以通過(guò)ZIG-ZAG放大器進(jìn)行傳輸放大。只有光線經(jīng)過(guò)的區(qū)域反轉(zhuǎn)粒子數(shù)才會(huì)被消耗。
圖1.ZIG-ZAG放大器示意圖
系統(tǒng)描述
對(duì)于本例介紹的ZIG-ZAG放大器，光束將在兩面反射鏡之間來(lái)回反射，被其中的增益介質(zhì)多次放大，直到從反射器邊緣出射，如圖2所示。
圖2.ZIG-ZAG放大器結(jié)構(gòu)示意圖，光線的路徑顯示了兩次反射構(gòu)成的完整傳輸周期
模擬結(jié)果
圖3.初始入射光束的光強(qiáng)分布
圖4.ZIG-ZAG放大器輸出的被放大后的光束
圖5.ZIG-ZAG放大器中兩光束傳輸過(guò)程中的光強(qiáng)變化
圖6.ZIG-ZAG放大器中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的消耗情況
展開(kāi) VirtualLab運(yùn)用：仿真一個(gè)空間光調(diào)制器像素點(diǎn)處光的衍射
光束整形＞衍射光學(xué)
任務(wù)/系統(tǒng)說(shuō)明
亮點(diǎn)
?使用空間光調(diào)制器（SLM）模擬光束整形
?研究SLM像素間非功能性間距的影響
說(shuō)明：光源
說(shuō)明：SLM像素陣列
說(shuō)明：傅立葉透鏡
說(shuō)明：探測(cè)器
結(jié)果：3D系統(tǒng)視圖
結(jié)果：SLM近場(chǎng)區(qū)域
結(jié)果：SLM的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域
結(jié)果：SLM遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域
文件&技術(shù)信息
Lumerical系列模塊聯(lián)合仿真中紅外硅基電光調(diào)制器
電光調(diào)制器，一種通過(guò)外部手段改變材料折射率的光電子器件，常用于電信號(hào)與光信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程。現(xiàn)實(shí)當(dāng)中電光調(diào)制器種類(lèi)繁多，諸如鈮酸鋰基的電光調(diào)制器、硅基的電光調(diào)制器、基于等離子共振色散的電光調(diào)制器等等。然而，這些調(diào)制器原理不一樣，這造就了分析調(diào)制器的原理和方法不能放之四海而皆準(zhǔn)，必然是針對(duì)具體問(wèn)題要采用特定的方法和技巧。考慮到硅基電光調(diào)制器的成熟工藝，下文將展現(xiàn)仿真硅基電光調(diào)制的整個(gè)流程。后面若有機(jī)會(huì)再分享鈮酸鋰基電光調(diào)制器和基于等離子共振色散的電光調(diào)制器。
在這里，硅基調(diào)制器的幾何結(jié)構(gòu)以發(fā)表在Photonic research【High-speed silicon photonic Mach–Zehnder modulator at 2 μm】的文章為案例。具體參數(shù)如下圖所示：
其中，不同區(qū)域的載流子濃度如下表格所示：
P
81e17/cm3
P+
21e18/cm3
P++
1e19/cm3
N
41e17/cm3
N+
21e18/cm3
N++
1e19/cm3
接下來(lái)，我們使用Charge模塊分析電壓驅(qū)動(dòng)下硅材料的復(fù)數(shù)折射率的變化。
展開(kāi) 