电子科学实验题目

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1、4.光电综合设计课题课题一：OptiSystem的基本操作任务：熟悉OptiSystem界面，掌握基本操作。要求：1. 新建一个项目。2. 在器件库里寻找以下指定的器件：光源，理想光纤，EDFA, PIN管，光 谱分析仪，示波器。3.学习修改部分器件的相关参数，如光源的工作波长、发光功率、光纤长度、衰耗系数等，学习修改工作频率。4.对图4.1、图4.2所给出的子系统进行封装。对图4.3给定的系统进行仿真，观察各观察设备的仿真结果。5.信号分支器：Default/Tools Library/Fork 1x2图4.1子系统封装一一光发送机提示：器件库光源：Default/Transmitters

2、Library/Optical Sources，然后根据要求选择光源，例如直接强度调制激光光源Directly Modulated Laser Measured,或连续波激光器 CW Laser 等；电脉冲发生器：Default/Transmitters Library/Pulse Gererators/Electrical/NRZPulse Generator；比特序列信号发生器：Default/Transmitters Library/Bit Sequence Generators/User Defined Bit Sequence Generator；光纤：Default/Optical

3、 fiber，其中还有另外2类，可用根据需要选择；EDFA： Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA ；接收器：Default/Receivers Library/Photodetectors ；分析装置：Default/Visualizer Library，里面有光域分析器和电分析器，例如 电信号示波器 Oscilloscope Visualizer，光信号示波器 O ptical Time Domain Visualizer 等。在器件库中还有其它多个子文件夹，可以依次打开，了解一些常用器件的放 置位置，并作必要的记录，方便日后使用。课题二：基本光纤

4、通信系统设计任务：设计一个简单光纤通信系统，并利用OptiSystem仿真测试。要求：1. 所设计的光纤通信系统包括光发送端、光纤和光接收端。2. 光源工作波长为193.1THz，传输信号为1Gbit/s NRZ码，光发送机输出 功率为一2dBm，光纤长度为80km，光纤损耗系数为0.25dB/km，光接 收机输入的接收功率不低于一35dBm。3. 给出完整的设计图，并在上述条件下对所设计的系统进行仿真分析，测 试各点波形、光功率、接收端眼图和系统误码率。提示：其中：光发送端可以用CW加M-Z外调制（参考图4.3），也可以用已封装 直接强度调制激光光源（参考图4.1），光接收机用PIN管加低通

5、滤波器， 传输速率系统默认为2.5Gbit/s，在Layout/Parameters菜单下修改为1Gbit/s。系统误码率采用 BER Analyzer （Default/Visualizer Library/Electrical 下）， 它的连接方式为：Bit Sequence： Binary Signal端接发送端的Bit Sequence Generator输出，Reference： Electrical Signal 端连接发送端的Pulse Generator 输出，Input： Electrical Signal端连接接收端的电信号输出。课题三：WDM 系统设计任务：设计一个四波分

6、WDM光纤传输系统，并利用OptiSystem仿真测试。要求：1.四波长复用，波长设置以100GHz为间隔，频率分别为193.1THz、193.2THz、193.3THz、193.4THz，每个波长传输速率为 2.5Gbit/s (NRZ)。系统应包括多波长光源、波分复用器和解复用器、常规光纤(100km)、 光接收机等，提供系统设计图。2. 对所设计的WDM系统进行仿真分析。3. 探讨波分复用器和解复用器通道隔离度、光通道功率均衡等对邻近通道 串扰。提示：1. 在信号复用时注意信道与光信号的频率应该一致，否则，接收端无法正 确接收。2. 光发送机和光接收机可以利用课题一的封装部件组成，波分复

7、用器和解 复用器可采用 Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/WDM Mux 和 D efault/WDM Multiplexers Library/Demultiplexers/WDM Demux，插入 损耗均为2dB。3. 测试设备可采用WDM分析仪，位于Default/Visualizer Library/Optical 下， 有单端口和双端口两种，双端口WDM分析仪在分析输入输出关系时更 为方便。课题四：长距离光纤传输系统设计任务：设计一个4x2.5Gbit/s长距离光纤传输系统，并利用OptiSystem仿真验证。 要求：1. 采

8、用波分复用技术，波长设置以100GHz为间隔，频率分别为193.1THz、 193.2THz、193.3THz、193.4THz，每个波长传输速率为2.5Gbit/s (NRZ)， 传输距离为300km。采用常规光纤，光纤损耗系数为0.25dB/km。2. 单通道光发送机最大输出功率为0dBm，光接收机的接收光功率不低于26dBm，过载点为一10dBm。3. 可以采用EDFA作为线路放大器，其中EDFA的输入功率限制在一18 2dBm，最大输出功率20dBm，增益范围为1325dB，噪声指数4.0dB。4. 系统设计时仅考虑损耗要求，提供系统设计图及设计依据。5. 需对所设计的传输系统进行仿真

9、验证，通过仿真试验，优化设计方案， 使系统接收端的输入功率和OSNR达到最优。课题五：OADM 设计任务：设计一个具有四波长通道的单向OADM，波长设置为1193.1THZ、193.2THz、193.3THz、193.4THz，每个波长通道都配置成能在本地上下。要求：1. 采用“分波器+空间交换单元+合波器”结构。2. 单向，四个光波长通道，每个波长通道都能够灵活地配置成直通或本地 上下。3. 为了降低串扰，可能需要考虑加入光滤波器，4. 给出设计结构图，并进行功能仿真。5. 暂不考虑光功率补偿放大、线路保护倒换和功率均衡功能。提示：光开关选用 Default/Network Library/

10、Optical Switches/Digital OpticalSwitch，附加损耗设为1dB，控制信号可选用D efault/Transmitters Library/Bit Sequence Generators/User Defined Bit Sequence Generator （序列信号设为“1或“0”）， 波分复用器和解复用器采用Default/WDM MultiplexersLibrary/Multiplexers/ WDMMux 和 Default/WDM MultiplexersLibrary/Demultiplexers/WDM Demux，插入损耗均为2dB，光滤波器

11、可考虑2 阶贝塞尔滤波器 Default/Filters Library/Optical/Bessel Optical Filter o课题六：EDFA设计任务：采取不同结构和泵浦波长设计一个EDFA，结构分为同向泵浦，反向泵浦， 双向泵浦三类；可选泵浦光源波长为980nm和1480nm；泵浦光源的功率 在1020dBm，测试输入信号功率为一20dBm。要求：1. 在上述条件下要求EDFA噪声指数小于4.5dB。2. 在满足一定条件下，最大输出功率可达到18dBm，最大增益可达到25dB （两者不要求同时满足）。3. 需要分别比较三种结构下的EDFA的以下特性，并根据比较结果优化设 计：（1）

12、掺铒光纤长度的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；（2）泵浦光源波长（可选择980nm和1480nm）的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；4. 给出设计图和性能参数比较图，参数取点不少于10个，参数应具有合理 性和可行性。提示：铒纤长度在415m之间取值。仿真模型中，掺铒光纤选用 Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/Erbium Doped Fiber ；泵浦光源选用 D efault/Transmitters Library/Optical Sources/Pump Laser ；泵浦光耦合器采用 D efault/W

13、DM Multiplexers Library/Multiplexers/ IdealMuxo图4.4是反向泵浦EDFA结构图，供设计参考。图4.4反向泵浦EDFA能力拓展课题：WDM 环网设计（说明：本题未列入考核要求，鼓励同学在完成前述课题设计的情况下进行 本课题设计）任务：设计一个具有四个OADM节点的WDM双向环网，波长设置为193.1THZ、 193.2THz、193.3THz、193.4THz，四个节点依次标记为A、B、C、D，相 邻节点间距离为40km，采用常规光纤，光纤损耗系数为0.25dB/km，输 入信号速率为2.5Gbit/s，输入功率均设为3dBm，光路配置如表4.1所示。表4.1光波长通道配置表波长通道 193.0THz 193.1THz 193.2THz 193.3THzA-BB-CB-DA-CB-CC-AC-DC-D通路端节点D-A要求：1. 双向。ADM可在课题五的设计基础上构成。2. 节点下路时接收光功率不低于一26dBm，过载点为一10dBm。3. 在每个线路段配置一个EDFA线路放大器，用以补偿线路损耗和节点插 损，EDFA的输入功率限制在一182dBm，最大输出功率20dBm，增益 范围为1325dB，噪声指数4.0dB。4. 必要时系统中可以配置光衰耗器(Optical Attenuator )o5. 给出设计结构图，并进行仿真测试。