光放大器的案例
光通信設(shè)計軟件——OptiSystem 光通信系統(tǒng)與放大器設(shè)計軟件
應(yīng)用領(lǐng)域：
OptiSystem針對科研工程師、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)，可以實現(xiàn)物理層中幾乎所有類型光鏈路的設(shè)計自動化，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，包括高級調(diào)制格式和DSP
? CATV或者TDM/WDM網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
? 基于FTTx的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）
? 自用空間光通信（FSO）
? 光載無線通信（ROF）微波系統(tǒng)
? SONET/SDH環(huán)設(shè)計
? 發(fā)射器，信道，放大器，接收器設(shè)計
? 不同接收模型下的誤碼率和系統(tǒng)懲罰計算
? 放大系統(tǒng)BER和系統(tǒng)鏈路預(yù)算的計算
? 溫度、應(yīng)力、應(yīng)變和振動傳感器設(shè)計
? 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
展開 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）
對于放大器和激光器的設(shè)計，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，主要的一個參數(shù)是time window，它由比特率和序列長度計算得到。
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
該教程將會介紹光放大器庫這一部分。
此處展示的案例可在Optisystem安裝文件夾samplesOptical amplifiers中找到。
Optisystem可以設(shè)計和模擬光纖放大器和光纖激光器。
展開 OptiSystem應(yīng)用：光放大器EDFA的仿真
Optisystem可以設(shè)計和模擬光纖放大器和光纖激光器。
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該教程將會介紹光放大器庫這一部分。
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，主要的一個參數(shù)是time window，它由比特率和序列長度計算得到。
對于放大器和激光器的設(shè)計，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)，我們會使用默認(rèn)參數(shù)。
?在全局參數(shù)對話框，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行模擬。
首先，因為我們考慮信號在兩個方向上傳輸，所以我們需要不止一個全局迭代來使系統(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有反向信號，例如隔離器和泵浦耦合器，這會使模擬被終止。
要解決第一個問題，你只需增加迭代次數(shù)
要解決第二個問題，有兩個可能的解決方案：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 OptiSystem應(yīng)光放大器EDFA的仿真
Optisystem可以設(shè)計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，主要的一個參數(shù)是time window，它由比特率和序列長度計算得到。
對于放大器和激光器的設(shè)計，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)，我們會使用默認(rèn)參數(shù)。
?在全局參數(shù)對話框，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行模擬。
首先，因為我們考慮信號在兩個方向上傳輸，所以我們需要不止一個全局迭代來使系統(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有反向信號，例如隔離器和泵浦耦合器，這會使模擬被終止。
要解決第一個問題，你只需增加迭代次數(shù)
要解決第二個問題，有兩個可能的解決方案：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）。
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OptiSystem應(yīng)用：光放大器EDFA的仿真
Optisystem可以設(shè)計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，主要的一個參數(shù)是time window，它由比特率和序列長度計算得到。
對于放大器和激光器的設(shè)計，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)，我們會使用默認(rèn)參數(shù)。
?在全局參數(shù)對話框，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行模擬。
首先，因為我們考慮信號在兩個方向上傳輸，所以我們需要不止一個全局迭代來使系統(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有反向信號，例如隔離器和泵浦耦合器，這會使模擬被終止。
要解決第一個問題，你只需增加迭代次數(shù)
要解決第二個問題，有兩個可能的解決方案：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 OptiSystem應(yīng)用：SOA線性放大器
圖一為整體光路。
本課程演示了在由SMF和線性SOA組成的500km光鏈路上進行10 Gb/s傳輸時的模式效應(yīng)。
脈沖放大后的啁啾現(xiàn)象
增益飽和效應(yīng)，導(dǎo)致模式中脈沖的不相等放大（稱為模式效應(yīng)）
使用SOA作為單通道光放大器的缺點是：
支持高速、高帶寬、低功耗、高增益、小型化、易于集成。
SMF在該載波波長下的低色散；
使用SOA作為單通道光放大器的優(yōu)點是：
圖4和圖5顯示了光纖參數(shù)。
輸入峰值功率 21.7 mW
TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps
脈沖波長 λ= 1300 nm
序列長度 16 bits
比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps.
我們設(shè)定：
展開 [Optiwave] OptiSystem應(yīng)用：SOA線性放大器
使用SOA作為單通道光放大器的優(yōu)點是：
SMF在該載波波長下的低色散；
支持高速、高帶寬、低功耗、高增益、小型化、易于集成。
使用SOA作為單通道光放大器的缺點是：
增益飽和效應(yīng)，導(dǎo)致模式中脈沖的不相等放大（稱為模式效應(yīng)）
脈沖放大后的啁啾現(xiàn)象
本課程演示了在由SMF和線性SOA組成的500km光鏈路上進行10 Gb/s傳輸時的模式效應(yīng)。
圖一為整體光路。
圖1.光路布局
以下全局和脈沖參數(shù)用于實現(xiàn)10 Gb/s的傳輸（見圖2和圖3）。
圖2.全局參數(shù)設(shè)置
圖3.高斯脈沖生成器參數(shù)設(shè)置
我們設(shè)定：
比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps.
序列長度 16 bits
脈沖波長 λ= 1300 nm
TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps
輸入峰值功率 21.7 mW
圖4和圖5顯示了光纖參數(shù)。
圖4.光纖main參數(shù)設(shè)置
圖5.光纖色散參數(shù)設(shè)置
我們將設(shè)定長度為50 km、損耗為0.4 dB/km的SMF。
注：不考慮群延遲和三階色散的影響。
在每條光纖之后，信號用EDFA進行放大。因此，LA=50 km。滿足條件LA＜LD（見圖6）。
圖6.光纖非線性色散光纖參數(shù)設(shè)置
對于Kerr非線性系數(shù)
50 km SMF的線性損耗為20 dB。這是SOA所需的不飽和單程增益。為了獲得這種增益，使用了以下參數(shù)（見圖7和圖8）。
圖7顯示了SOA物理參數(shù)。這些放大器參數(shù)給出了不飽和單通道增益G0=30dB。
展開 OptiSystem應(yīng)用：SOA線性放大器
使用SOA作為單通道光放大器的優(yōu)點是：
SMF在該載波波長下的低色散；
支持高速、高帶寬、低功耗、高增益、小型化、易于集成。
使用SOA作為單通道光放大器的缺點是：
增益飽和效應(yīng)，導(dǎo)致模式中脈沖的不相等放大（稱為模式效應(yīng)）
脈沖放大后的啁啾現(xiàn)象
本課程演示了在由SMF和線性SOA組成的500km光鏈路上進行10 Gb/s傳輸時的模式效應(yīng)。
圖一為整體光路。
圖1.光路布局
以下全局和脈沖參數(shù)用于實現(xiàn)10 Gb/s的傳輸（見圖2和圖3）。
圖2.全局參數(shù)設(shè)置
圖3.高斯脈沖生成器參數(shù)設(shè)置
我們設(shè)定：
比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps.
序列長度 16 bits
脈沖波長 λ= 1300 nm
TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps
輸入峰值功率 21.7 mW
圖4和圖5顯示了光纖參數(shù)。
圖4.光纖main參數(shù)設(shè)置
圖5.光纖色散參數(shù)設(shè)置
我們將設(shè)定長度為50 km、損耗為0.4 dB/km的SMF。
注：不考慮群延遲和三階色散的影響。
在每條光纖之后，信號用EDFA進行放大。因此，LA=50 km。滿足條件LA＜LD（見圖6）。
圖6.光纖非線性色散光纖參數(shù)設(shè)置
對于Kerr非線性系數(shù)
50 km SMF的線性損耗為20 dB。這是SOA所需的不飽和單程增益。為了獲得這種增益，使用了以下參數(shù)（見圖7和圖8）。
圖7顯示了SOA物理參數(shù)。這些放大器參數(shù)給出了不飽和單通道增益G0=30dB。
展開 OptiSystem應(yīng)用：SOA線性放大器
使用SOA作為單通道光放大器的優(yōu)點是：
SMF在該載波波長下的低色散；
支持高速、高帶寬、低功耗、高增益、小型化、易于集成。
使用SOA作為單通道光放大器的缺點是：
增益飽和效應(yīng)，導(dǎo)致模式中脈沖的不相等放大（稱為模式效應(yīng)）
脈沖放大后的啁啾現(xiàn)象
本課程演示了在由SMF和線性SOA組成的500km光鏈路上進行10 Gb/s傳輸時的模式效應(yīng)。
圖一為整體光路。
圖1.光路布局
以下全局和脈沖參數(shù)用于實現(xiàn)10 Gb/s的傳輸（見圖2和圖3）。
圖2.全局參數(shù)設(shè)置
圖3.高斯脈沖生成器參數(shù)設(shè)置
我們設(shè)定：
比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps.
序列長度 16 bits
脈沖波長 λ= 1300 nm
TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps
輸入峰值功率 21.7 mW
圖4和圖5顯示了光纖參數(shù)。
圖4.光纖main參數(shù)設(shè)置
圖5.光纖色散參數(shù)設(shè)置
我們將設(shè)定長度為50 km、損耗為0.4 dB/km的SMF。
注：不考慮群延遲和三階色散的影響。
在每條光纖之后，信號用EDFA進行放大。因此，LA=50 km。滿足條件LA＜LD（見圖6）。
展開 【Ansys線上直播回看】“聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器
『點擊觀看直播回放』
本次網(wǎng)絡(luò)研討會中展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個激光器件。重點介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計算光的傳播與增益特性。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
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展開 OptiSystem應(yīng)用：寬帶SOA特性
本案例的目的是通過仿真表征半導(dǎo)體光放大器（SOA）。
首先，我們將描述SOA對輸入信號功率變化的響應(yīng)。
圖1顯示了仿真中使用的系統(tǒng)布局。將連續(xù)激光器的功率參數(shù)置于掃描模式下，在-40 ~ 10 dBm范圍內(nèi)變化。
圖1.SOA系統(tǒng)布局
信號增益和前向ASE總功率隨輸入信號功率變化曲線如圖2所示。
（a）信號增益隨輸入信號功率變化曲線
（b）總ASE功率隨輸入信號功率變化曲線
圖2.（a）信號增益和（b）SOA輸出處的ASE總功率變化曲線
在第二部分中，注入電流參數(shù)從30 mA到150 mA變化。輸入信號功率保持在- 30dbm。
圖3為仿真得到的信號增益結(jié)果。
圖3.信號增益隨注入電流變化曲線
最后，分析了輸入信號功率變化時噪聲譜的變化。在這種情況下，對前向噪聲進行了分析。圖4顯示了4種不同輸入功率：-30 dBm、-20 dBm、-10 dBm和0 dBm時的頻譜。我們可以看到噪聲峰值功率隨著輸入信號功率的減小而增大。
圖4.不同輸入信號功率下的噪聲譜
展開 
OptiSystem應(yīng)用：寬帶SOA特性
本案例的目的是通過仿真表征半導(dǎo)體光放大器（SOA）。
首先，我們將描述SOA對輸入信號功率變化的響應(yīng)。
圖1顯示了仿真中使用的系統(tǒng)布局。將連續(xù)激光器的功率參數(shù)置于掃描模式下，在-40 ~ 10 dBm范圍內(nèi)變化。
圖1.SOA系統(tǒng)布局
信號增益和前向ASE總功率隨輸入信號功率變化曲線如圖2所示。
（a）信號增益隨輸入信號功率變化曲線
（b）總ASE功率隨輸入信號功率變化曲線
圖2.（a）信號增益和（b）SOA輸出處的ASE總功率變化曲線
在第二部分中，注入電流參數(shù)從30 mA到150 mA變化。輸入信號功率保持在- 30dbm。
圖3為仿真得到的信號增益結(jié)果。
圖3.信號增益隨注入電流變化曲線
最后，分析了輸入信號功率變化時噪聲譜的變化。在這種情況下，對前向噪聲進行了分析。圖4顯示了4種不同輸入功率：-30 dBm、-20 dBm、-10 dBm和0 dBm時的頻譜。我們可以看到噪聲峰值功率隨著輸入信號功率的減小而增大。
圖4.不同輸入信號功率下的噪聲譜
展開 OptiSystem應(yīng)用：寬帶SOA特性
本案例的目的是通過仿真表征半導(dǎo)體光放大器（SOA）。
首先，我們將描述SOA對輸入信號功率變化的響應(yīng)。
圖1顯示了仿真中使用的系統(tǒng)布局。將連續(xù)激光器的功率參數(shù)置于掃描模式下，在-40 ~ 10 dBm范圍內(nèi)變化。
圖1.SOA系統(tǒng)布局
信號增益和前向ASE總功率隨輸入信號功率變化曲線如圖2所示。
（a）信號增益隨輸入信號功率變化曲線
（b）總ASE功率隨輸入信號功率變化曲線
圖2.（a）信號增益和（b）SOA輸出處的ASE總功率變化曲線
在第二部分中，注入電流參數(shù)從30 mA到150 mA變化。輸入信號功率保持在- 30dbm。
圖3為仿真得到的信號增益結(jié)果。
圖3.信號增益隨注入電流變化曲線
最后，分析了輸入信號功率變化時噪聲譜的變化。在這種情況下，對前向噪聲進行了分析。圖4顯示了4種不同輸入功率：-30 dBm、-20 dBm、-10 dBm和0 dBm時的頻譜。我們可以看到噪聲峰值功率隨著輸入信號功率的減小而增大。
圖4.不同輸入信號功率下的噪聲譜
展開 OptiSystem應(yīng)用：寬帶SOA特性
本案例的目的是通過仿真表征半導(dǎo)體光放大器（SOA）。
首先，我們將描述SOA對輸入信號功率變化的響應(yīng)。
圖1顯示了仿真中使用的系統(tǒng)布局。將連續(xù)激光器的功率參數(shù)置于掃描模式下，在-40 ~ 10 dBm范圍內(nèi)變化。
圖1.SOA系統(tǒng)布局
信號增益和前向ASE總功率隨輸入信號功率變化曲線如圖2所示。
（a）信號增益隨輸入信號功率變化曲線
（b）總ASE功率隨輸入信號功率變化曲線
圖2.（a）信號增益和（b）SOA輸出處的ASE總功率變化曲線
在第二部分中，注入電流參數(shù)從30 mA到150 mA變化。輸入信號功率保持在- 30dbm。
圖3為仿真得到的信號增益結(jié)果。
圖3.信號增益隨注入電流變化曲線
最后，分析了輸入信號功率變化時噪聲譜的變化。在這種情況下，對前向噪聲進行了分析。圖4顯示了4種不同輸入功率：-30 dBm、-20 dBm、-10 dBm和0 dBm時的頻譜。我們可以看到噪聲峰值功率隨著輸入信號功率的減小而增大。
圖4.不同輸入信號功率下的噪聲譜
展開 報名 | “聚焦激光”——采用Ansys Lumerical進行邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激光器仿真
在本次網(wǎng)絡(luò)研討會中，將展示如何使用Ansys Lumerical的INTERCONNECT工具中行波激光模型（TWLM）來仿真Fabry-Perot、DFB、DBR等邊射型激光器以及半導(dǎo)體光放大器 （SOA），還會說明增益、電荷傳輸、光傳播等參數(shù)如何使用物理仿真來模擬，并將之導(dǎo)入光路上的緊湊模型來描述整個激光器件。研討會將重點介紹Ansys Lumerical仿真激光用的TWLM以及MQW工具，并示范如何使用Ansys Lumerical的FDE/MODE與MQW來計算光的傳播與增益特性，介紹如何將物理仿真或?qū)嶒灹繙y的結(jié)果導(dǎo)入TWLM來表征包含量子井增益的波導(dǎo)，并進行增益與激光器設(shè)計。無論您是從事電路集成的系統(tǒng)設(shè)計人員還是從事分立元件的激光器設(shè)計人員，本次研討會都將幫助您學(xué)習(xí)如何進行激光器的設(shè)計。歡迎報名！
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