基于optisystem的edfa仿真設(shè)計

1、第1頁 共35 頁了 EDFA的基本原理及結(jié)構(gòu)，闡述了影響EDFA性能的本文，分析了波分復(fù)用（ WDM）技術(shù)及系統(tǒng)的設(shè)計原理，介紹了常見的仿真國內(nèi)外仿真現(xiàn)狀以及Optisystem強(qiáng)大的仿真功能。并在此基礎(chǔ)上，給出了基于Optisystem的波分復(fù)用WD系M 統(tǒng)中EDFA的應(yīng)用和要求以及光傳輸鏈路仿真模型的搭建，概述了在。對復(fù)用后的光信號進(jìn)行仿真得出光譜圖，了各信道的增益情況，驗(yàn)證了光纖的兩個窗口。本文還對鏈路傳輸性能及EDFA的摻鉺光纖長度，泵浦功率等參數(shù)進(jìn)行分析，得到了各種泵浦工作方式下的增益特性，EDFA最佳長度以及飽和增益特性曲線，并驗(yàn)證了EDFAEDFA設(shè)計。的正確性和設(shè)計方案的可行

2、性，近而得出最佳化的摻鉺光纖放大器增益仿真 波分復(fù)用第2 頁 共35 頁目錄1 引言11.11摻鉺光纖放大器仿真的目的及意義1.21摻鉺光纖放大器仿真的現(xiàn)狀1.3optisystem2簡介1.42本文的主要內(nèi)容2 摻鉺光纖放大器的理論22.12摻鉺光纖放大器的工作原理摻鉺光纖放大器的性能分析2.262.310摻鉺光纖放大器的應(yīng)用3 摻鉺光纖放大器的仿真分析113.111摻鉺光纖放大器的增益特性分析摻鉺光纖放大器的噪聲特性分析3.2163.319摻鉺光纖放大器的多信道放大特性4 摻鉺光纖放大器在高速通信系統(tǒng)中的應(yīng)用214.1 40G 單模光纖傳輸系統(tǒng)214.2 8*10G WDM系統(tǒng)性能分析23

3、31結(jié)論32致謝33參考文獻(xiàn)第3頁 共35 頁1 引言隨著光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展,系統(tǒng)密集波分復(fù)用技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到系統(tǒng)中的復(fù)雜性也在不斷的增加,因而光纖通信系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)變得非常重要。光( 如數(shù)字通纖通信系統(tǒng)是一門多學(xué)科專業(yè)交叉滲透的綜合技術(shù)，它涉及到通信基礎(chǔ)理論信技術(shù)) ,微波技術(shù) ( 如光纖信道的電磁場分析)以及電路設(shè)計與微電子技術(shù)( 如 A2SIC集成電路 )等，無論是系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計還是新型傳輸系統(tǒng)與體制的探索與，都要遇到冗長繁雜的計算。為了高效地完成日趨復(fù)雜通信系統(tǒng)的仿真，在對光纖通信系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上利用仿真建立了高速大容量光纖系統(tǒng)的仿真模型，得到了高速光纖通信系統(tǒng)特性激

4、光器的調(diào)制頻率偏置電流的關(guān)系以及光纖的損耗和色散的仿真結(jié)果，亦可利用仿真非常靈活地設(shè)計滿足需要的仿真系統(tǒng)。1.1 摻鉺光纖放大器仿真的目的及意義,利用現(xiàn)代的計算機(jī)進(jìn)行光纖通信系統(tǒng)的仿真可以直接搭建激光器、光纖及測試儀器的模型 ,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行器件、系統(tǒng)的性能分析和測試避免了直接的昂貴的器件和設(shè)備投資。同時系統(tǒng)的仿真對器件選型、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化及整體系統(tǒng)的可形性研意義。此外, 為了驗(yàn)證其性能是否合乎要求,具有還需反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與,費(fèi)工費(fèi)時 ,測試。如果每次都直接用真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不僅耗資昂貴有時甚至難于找到問題癥結(jié)所在,因此, 即通解決上述問題的有效方法是采用計算機(jī)仿真技術(shù),過建立部件乃至系統(tǒng)的模型

5、并用模型在計算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)利用計算機(jī)的高速運(yùn)算處理能力 ,設(shè)計以及性能優(yōu)化與評估測試。顯然,完成對光纖通信設(shè)備與系統(tǒng)的分析、,建立光纖通信系統(tǒng)的計算機(jī)仿真研發(fā)周期。隨著通信技術(shù)的發(fā)展,既能提高設(shè)計的一次成功率又能大大縮短,通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量和復(fù)雜度的迅速增長在通信系統(tǒng)設(shè)計中運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)已成為新系統(tǒng)設(shè)計時縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計可靠性和已,有系統(tǒng)性能改進(jìn)的不可缺少的工具。新產(chǎn)品研制周期和節(jié)省投資費(fèi)用還能極大地促,并為相關(guān)工程技術(shù)進(jìn)光纖通信的基礎(chǔ)理論的技術(shù)培訓(xùn)提供理想實(shí)驗(yàn)。1.2 摻鉺光纖放大器仿真的現(xiàn)狀仿真分為電路級仿真和系統(tǒng)級仿真。電路級仿真就是由電阻、電容、電感等組成等效的電路模型來模擬器件的

6、外特性。系統(tǒng)級仿真是用傳輸函數(shù)或數(shù)學(xué)公式來模擬器件的,用于電路分析時 ,外特性的模擬。 國外已有一些光纖通信系統(tǒng)仿真其側(cè)重點(diǎn)不同第4頁 共35 頁s 是一種界面友好的光鏈路仿真,它包括光纖器件模型,例如但只適用于單一波長系統(tǒng)。 SCOPE是一種把系統(tǒng)的光電器件和光器件用兩端口網(wǎng)絡(luò)模型來模擬的非線性,其主要 用途是對 在微波 頻率 的光通信 系 統(tǒng)進(jìn) 行仿 真 。 DEXSOLUS微波仿真(Simulation of Light Using Spice)是基于 Spice電路仿真的于光通信領(lǐng)域的信號,它采用等效電路模型來模擬光電器件, 這些模型的光功率在仿真中用電壓來如iS和 MISIM 等。I

7、BM 的 OLA P(Opt ical Link A表征。還有其它電路級的仿真nalysis Program )是一個把 SYSTID和低級的光器件仿真綜合起來應(yīng)用的。還有iFROST等,一些新的仿真如用戶可調(diào)用其他仿真來提供混合級的仿真環(huán)境。1.3 optisystem簡介Optisystem 允許對物理層任何類型的虛擬光連接和寬帶光網(wǎng)絡(luò)的分析，從遠(yuǎn)距離通訊到 MANS和 LANS都適用。它的廣泛應(yīng)用包括 :物理層的器件級到系統(tǒng)級的光通訊系統(tǒng)設(shè)計、 CATV或者 TDM?0WDM網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、 SONE?0TSDH的環(huán)形設(shè)計， Radio over Fiber系統(tǒng)，空間光通信系統(tǒng)（FSO）、傳輸

8、器、信道、放大器和的設(shè)計、色散圖設(shè)計、不同接受模式下誤碼率（BER）和系統(tǒng)代價（ penalty預(yù)算計算主要特點(diǎn)。）的評估、放大的系統(tǒng)BER和連接1.4 本文的主要內(nèi)容了 EDFA的基本原理及結(jié)構(gòu)，闡述了影響EDFA性能的本文，分析了波分復(fù)用（ WDM）技術(shù)及系統(tǒng)的設(shè)計原理，介紹了常見的仿真國內(nèi)外仿真現(xiàn)狀以及Optisystem強(qiáng)大的仿真功能。 并在此基礎(chǔ)上， 給出了基于 Optisystem的波分復(fù)用WDM系統(tǒng)中 EDFA的應(yīng)用和要求以及了各信道的增益情況，驗(yàn)證了光纖的兩個光傳輸鏈路仿真模型的搭建，概述了在對復(fù)用后的光信號進(jìn)行仿真得出光譜圖，。EDFA的摻鉺光纖長度，泵浦功率等參數(shù)進(jìn)行分析，

9、得窗口。本文還對鏈路傳輸性能及到了各種泵浦工作方式下的增益特性，EDFA最佳長度以及飽和增益特性曲線，并驗(yàn)證了EDFA的正確性和設(shè)計方案的可行性，近而得出最佳化的EDFA設(shè)計。2 摻鉺光纖放大器的理論2.1 摻鉺光纖放大器的工作原理第5 頁 共35 頁EDFA 的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1 所示，它主要由有源媒質(zhì)( 幾十米左右長的摻鉺石英-6(25-1000)x10) 、泵浦光源3-5 微米，摻雜濃度(990 或1480nm LD) 、光光纖，芯徑耦合器及光( 同向泵器等組成。信號光與泵浦光在鉺光纖內(nèi)可以在同一方向浦) 、相反方向( 反向泵浦 ) 或兩個方向( 雙向泵浦 )。當(dāng)信號光與泵浦光同時注入到

10、鉺光纖中時，鉺離子在泵光作用下激發(fā)到高能級上，并很快衰變到亞穩(wěn)態(tài)能級上，在入射信號光作用下回到基態(tài)時發(fā)射對應(yīng)于信號光的光子，使信號得到放(ASE) 譜，帶寬很大( 達(dá)20-40nm) ，且有兩個峰值，分別對大。其放大的自發(fā)發(fā)射應(yīng)于 1530nm 和1550nm。其中摻鉺光纖提供放大,泵浦源提供足夠強(qiáng)的泵浦功率,波分復(fù)用器起信號光與泵浦光的混合作用。泵浦源：為信號放大提供足夠強(qiáng)的功率，使物質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。光耦合器： 將信號光和泵浦光耦合進(jìn)入摻鉺光纖。光器： 使光傳輸具有單向性，反饋光信號，保證穩(wěn)定工作。摻鉺光纖：提供光放大。摻鉺光纖是光纖放大器的核E1，E2和 E3， 其中,E 1 是基態(tài)能級， E2是亞穩(wěn)態(tài)心，鉺離子的外層電子具有三能級結(jié)構(gòu)能級， E3是高能級。如圖 2.2 所示圖 2.1圖 2.2 鉺粒子能級圖摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu),當(dāng)用高能量的泵浦激光器來激勵摻鉺光纖時可以使鉺離子的電子從基態(tài)能級大量激發(fā)到高能級上。 然而,高能級是不穩(wěn)定的 ,