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1、tiSystem 仿真实例目 录1 光发送机(tiarnsiters)设计1.1 光发送机简介1.2 光发送机设计模型案例:铌酸锂（LNbO3)型ahZehnder调制器的啁啾(irp)分析2 光接受机（ptcal Recive)设计2.1 光接受机简介2.2 光接受机设计模型案例：PIN光电二极管的噪声分析3 光纤（ptcal Fber)系统设计3.1 光纤简介3.2 光纤设计模型案例：自相位调制(M)导致脉冲展宽分析4 光放大器(pialAmpliers)设计4.1 光放大器简介4.2 光放大器设计模型案例:EDF的增益优化5 光波分复用系统(WDSyems）设计5.1 光波分复用系统简介
2、5.2 光波分复用系统使用tiSystem设计模型案例:阵列波导光栅波分复用器(AWG)的设计分析6 光波系统（ighwave Systes)设计1 光波系统简介6.2 光波系统使用OptSystem设计模型案例：0G单模光纤的单信道传播系统设计7 色散补偿（Dspesio Compensaion）设计8. 色散简介8.2色散补偿模型设计案例:使用抱负色散补偿元件的色散补偿分析8 孤子和孤子系统(SoltonSystes）9.1 孤子和孤子系统简介92 孤子系统模型设计案例：9 结语1 光发送机(Optcalrasier)设计1. 光发送机简介一种基本的光通讯系统重要由三个部分构成，如下图11
3、所示：图1.1 光通讯系统的基本构成1）光发送机 2） 传播信道 3）光接受机 作为一种完整的光通讯系统,光发送机是它的一种重要构成部分，它的作用是将电信号转变为光信号,并有效地把光信号送入传播光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。目前广泛应用的有两种半导体光源：发光二级管(LED)和激光二级管(LD）。其中LED输出的是非相干光,频谱宽，入纤功率小，调制速率低;而L是相干光输出,频谱窄,入纤功率大、调制速率高。前者合适于短距离低速系统，后者合适于长距离高速系统。一般光发送机由如下三个部分构成：1) 光源(Opticalouce）：一般为LED和LD。) 脉冲驱动电路（Eletrical P
4、ulseGeneator）：提供数字量或模拟量的电信号。3) 光调制器（OptclMdulato):将电信号(数字或模拟量)“加载”到光波上。以光源和调制器的关系来看,可划分为光源的内调制和光源的外调制。采用外调制器,让调制信息加到光源的直流输出上,可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制措施为晶体的电光、声光及磁光效应。 图1.2为一种基本的外调制激光发射机构造:图2 外调制激光发射机在该构造中,光源为频率1931Tz的激光二极管，同步我们使用一种Pseudo-Random BitSqne Genrat模拟所需的数字信号序列,通过一种NRZ脉冲发生器(None-Retr-to
5、-Zeo Gnerator转换为所需要的电脉冲信号,该信号通过一种Mc-hnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。1.2 光发送机模型设计案例:铌酸锂（LNbO3）型Mach-Zhnder调制器中的啁啾（Chirp）分析1.2.1 设计目的通过本设计实例，我们对铌酸锂Machehndr调制器中的外加电压和调制器输出信号的啁啾量的关系进行了模拟和分析,从而决定具体应用中Z调制器的外置偏压的分布和大小。 1.2.2 原理简介 对于处在直接强度调制状态下的单纵模激光器,其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光
6、器谐振腔的光通路长度相应变化,成果致使振荡波长随时间偏移,导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一种十分重要的物理量，由于它对整个系统的传播距离和传播质量均有核心的影响。1.2.3 模型的设计布局图图1.3 双驱动型LiNbO3 Mach-Zehnder调制激光发送机设计图 外调制器由于激光光源处在窄带稳频模式，我们可以减少或者消除系统的啁啾量。一种典型的外调制器是由铌酸锂（LO3）晶体构成。本设计实例中，我们通过对该晶体外加电压的分析调节而最后减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示：12.4 模拟分析在图1.中,驱动电路1的电压变化量V1和驱动电路2的电压变化量V2是
7、相似的。图14为MZ调制器的参数设定窗口。其中MZ调制器以正交模式工作，外置偏压位于调制器光学响应曲线的中点，使偏压强度为其峰值的一半。而消光系数设为200dB,以避免任何由于不对称Y型波导而导致的啁啾声。对于双驱动调制器而言,两路的布局是完全同样的，因此这里可使用一种ok将信号复制增益（本例设有三次参数扫描过程中，V2大小分别为V的-1,3倍）后到MZ调制器的另一种输入口。 图1.4 LiNbO3 Mach-Zehnder调制器的参数设立啁啾(hirp）量可根据两路的驱动偏压值得到,如公式11，其中V1,V2分别为两个驱动电路的驱动电压，为啁啾系数:图.5为一系列信号脉冲输入时,在2,口的电
8、压V= V=.0时波形。根据公式1.1可知在这种状况下，啁啾系数为0,而实际模拟出来的成果可见图1。图1.5 输入口2的电压为2.0V，输入口3的电压为-2.0V时的电压波形图1.6 V1=-V2=2.0V时，输出的光信号波形及其啁啾量（Chirp）此外,为了观测啁啾量随电压的变化状况，当设定外加偏压为1= -V2=30V时，根据公式1可得到为0.5,输入口2，3和输出口的信号波形可参见图17，1.8:图1.8 当V1=-3V2=3.0V时，输出的光信号强度及其啁啾量大小图1.7 当V1= -3V2=3.0V时，输入口2，3的电信号波形 以上两次不同V1，V2外置偏压的状况下，OtSystem
9、提供了实际状况的模拟仿真，并可得到一系列成果： ） 当V1=V2=2.0V时,如图.所示，其中的亮红线为光发射器的啁啾量，可得到其大小约为100Hz;相对于光源的频率，这个啁啾量在实际状况中可基本视为零。 ) 当V1=3V23时，如图18所示,啁啾量的大小约为3G,这个大小的啁啾量在实际状况中对输出光信号的敏捷度以及最后所能传播的距离都会有十分严重的影响，需要设计者避免和消除。 从本设计案例中，我们可以运用OptiSyste提供的元件和分析功能设计并得到有关LOMach-Zehd调制器中的啁啾量大小随两路输入电压的变化关系,从而可在实际设计时针对某些参数进行设定和分析,以得到最佳的效果；更多有
10、关Mach-Zehnder调制器的啁啾的分析可参见文献。参照文献：1 Cartedge, J.; Roland, .;Lmrle,.;Solheim, ,“Theoreta perormnceo 0Gbps lite syses ing a I-VemconducorMach-Zhnder modulat IEEPhoonic echnogLetters， olm: 6 sue: ， Fe .1994， ge:2-24.2 Ctlede,.C.; “erfornc ofbs lgtwavsystems baseo lithiioba h-Zehnder modulatos with ymtri
11、c -branchwavuie”. EEE Photcs Techlgy Letters, Volume:7 Isue: ,ep. 195, ge: 1090-092. AT&T icroeectronics. “The eatinshipetween hirand Votae for the AT&T Mah-Zeher Ltim Nioate Modulatrs” Tehnca Note， Ocoer 1995. 2 光接受机（Optcl Reeiver）设计2.1 光接受机简介图2.1 光接受机的一般构造在光纤通讯系统中，光接受机的任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出由光纤传播后由光载波
12、所携带的信息，因此光接受机的输出特性综合反映了整个光纤通讯系统的性能。一般一种基本的光接受机有如下三个部分构成，可见图2.1：1) 光检测器一般,接受到光脉冲所载的信号代表着0或者1的数位,运用光检测器,其转变为电信号。目前广泛使用的光检测器是半导体光电二极管,重要有PIN管和雪崩光电二极管，后者又称APD管。2) 放大器涉及前置放大器和主放大器,前者与光电检测器紧相连,故称前置放大器。在一般的光纤通讯系统中,经光电检测器输出的光电流是十分单薄的,为了保证通信质量，显然，必须将这种单薄的电信号通过放大器进行放大。在piystem提供的Photodie元件中已内置了前置放大器。3) 均衡器、滤波
13、器需要均衡器、滤波器等其她电路装置对信号进行进一步的解决,消除放大器及其她部件(如光纤)等引起的波形失真,并使噪声及码间干扰减到最小。接受机的噪声和接受机的带宽是成正比的,当使用带宽不不小于码率的的低通滤波器时，可以减少系统的噪声。 4) 解调器为了使信码流可以并有助于在光纤系统中传播，光发射机输出的信号是通过编码解决的,为了使光接受机输出的信号能在PCM系统中传播，则需要将这些经编码解决的信号进行复原。 在该构造中,在已经内建了判决器和时钟恢复电路的误码率分析仪（BER Analer)中可以得到最后复原的信号，并可对最后的输出信号的误码率等各项参数进行检测、分析。2.2 光接受机模型设计案例：PI光电二极管的噪声分析2.2.1设计目的影响光接受机性能的重要因素就是接受机内的多种噪声源。接受机中的放大器自身电阻会引入热噪声(Therma Noise），而放大器的晶体管会引入散粒噪声(Shot Noise)，并且多级放大器中会将前级的噪声同样放大,计算分析这些噪声对我们分析、优化光接受机以及整个光通讯系统都是有十分重要的作用。.2 原理简介 噪声是一种随机性的起伏量,它体现为无规则的电磁场形式,是电信
