【正文】 光纖通信技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)　　1 光發(fā)送機(jī)（Optical Transmitters）設(shè)計(jì)　 光發(fā)送機(jī)簡(jiǎn)介　　 光發(fā)送機(jī)設(shè)計(jì)模型案例：鈮酸鋰（LiNbO3）型MachZehnder調(diào)制器的啁啾（Chirp）分析　　　　2 光接收機(jī)（Optical Receivers）設(shè)計(jì)　 光接收機(jī)簡(jiǎn)介　 光接收機(jī)設(shè)計(jì)模型案例：PIN光電二極管的噪聲分析　　　3 光纖（Optical Fiber）系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　　 光纖簡(jiǎn)介　 光纖設(shè)計(jì)模型案例：自相位調(diào)制（SPM）導(dǎo)致脈沖展寬分析　　4 光放大器（Optical Amplifiers）設(shè)計(jì)　 光放大器簡(jiǎn)介　　　 光放大器設(shè)計(jì)模型案例：EDFA的增益優(yōu)化　　　　　5 光波分復(fù)用系統(tǒng)（WDM Systems）設(shè)計(jì)　　 光波分復(fù)用系統(tǒng)簡(jiǎn)介　 光波分復(fù)用系統(tǒng)使用OptiSystem設(shè)計(jì)模型案例：陣列波導(dǎo)光柵波分復(fù)用器（AWG）的設(shè)計(jì)分析　　　　6 光波系統(tǒng)（Lightwave Systems）設(shè)計(jì)　 光波系統(tǒng)簡(jiǎn)介　 光波系統(tǒng)使用OptiSystem設(shè)計(jì)模型案例：40G單模光纖的單信道傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　　7 色散補(bǔ)償（Dispersion Compensation）設(shè)計(jì)　　 色散簡(jiǎn)介　 色散補(bǔ)償模型設(shè)計(jì)案例：使用理想色散補(bǔ)償元件的色散補(bǔ)償分析　　8 孤子和孤子系統(tǒng)（Soliton Systems）　　 孤子和孤子系統(tǒng)簡(jiǎn)介　　 孤子系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)案例：　　　　　　　　　　1 光發(fā)送機(jī)（Optical Transmitters）設(shè)計(jì)　　　　　　 光發(fā)送機(jī)簡(jiǎn)介　　　　　一個(gè)基本的光通訊系統(tǒng)主要由三個(gè)部分構(gòu)成，：　　　 光通訊系統(tǒng)的基本構(gòu)成　1）光發(fā)送機(jī) 2） 傳輸信道 3）光接收機(jī)　　　　　　　　　　 作為一個(gè)完整的光通訊系統(tǒng)，光發(fā)送機(jī)是它的一個(gè)重要組成部分，它的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，并有效地把光信號(hào)送入傳輸光纖。光發(fā)送機(jī)的核心是光源及其驅(qū)動(dòng)電路?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的有兩種半導(dǎo)體光源：發(fā)光二級(jí)管（LED）和激光二級(jí)管（LD）。其中LED輸出的是非相干光，頻譜寬，入纖功率小，調(diào)制速率低；而LD是相干光輸出，頻譜窄，入纖功率大、調(diào)制速率高。前者適宜于短距離低速系統(tǒng)，后者適宜于長(zhǎng)距離高速系統(tǒng)。　　　一般光發(fā)送機(jī)由以下三個(gè)部分組成：　1) 光源（Optical Source）：一般為L(zhǎng)ED和LD?！?) 脈沖驅(qū)動(dòng)電路（Electrical Pulse Generator）：提供數(shù)字量或模擬量的電信號(hào)?！　　　?) 光調(diào)制器（Optical Modulator）：將電信號(hào)（數(shù)字或模擬量）“加載”到光波上。以光源和調(diào)制器的關(guān)系來(lái)看，可劃分為光源的內(nèi)調(diào)制和光源的外調(diào)制。采用外調(diào)制器，讓調(diào)制信息加到光源的直流輸出上，可獲得更好的調(diào)制特性、更好的調(diào)制速率。目前常采用的外調(diào)制方法為晶體的電光、聲光及磁光效應(yīng)?！? ：圖2 外調(diào)制激光發(fā)射機(jī)　　　在該結(jié)構(gòu)中，同時(shí)我們使用一個(gè)PseudoRandom Bit Sequence Generator模擬所需的數(shù)字信號(hào)序列，經(jīng)過(guò)一個(gè)NRZ脈沖發(fā)生器（NoneReturntoZero Generator轉(zhuǎn)換為所需要的電脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)一個(gè)MachZehnder調(diào)制器，通過(guò)電光效應(yīng)加載到光波上，成為最后入纖所需的載有“信息”的光信號(hào)。　　　 　 光發(fā)送機(jī)模型設(shè)計(jì)案例：鈮酸鋰（LiNbO3）型MachZehnder調(diào)制器中的啁啾（Chirp）分析　　　　 設(shè)計(jì)目的　　通過(guò)本設(shè)計(jì)實(shí)例，我們對(duì)鈮酸鋰MachZehnder調(diào)制器中的外加電壓和調(diào)制器輸出信號(hào)的啁啾量的關(guān)系進(jìn)行了模擬和分析，從而決定具體應(yīng)用中MZ調(diào)制器的外置偏壓的分布和大小?！? 　 原理簡(jiǎn)介　　 對(duì)于處于直接強(qiáng)度調(diào)制狀態(tài)下的單縱模激光器，其載流子濃度的變化是隨注入電流的變化而變化。這樣使有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致激光器諧振腔的光通路長(zhǎng)度相應(yīng)變化，結(jié)果致使振蕩波長(zhǎng)隨時(shí)間偏移，導(dǎo)致所謂的啁啾現(xiàn)象。啁啾是高速光通訊系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的物理量，因?yàn)樗鼘?duì)整個(gè)系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸質(zhì)量都有關(guān)鍵的影響。　　　 模型的設(shè)計(jì)布局圖　 雙驅(qū)動(dòng)型LiNbO3 MachZehnder調(diào)制激光發(fā)送機(jī)設(shè)計(jì)圖　　　 外調(diào)制器由于激光光源處于窄帶穩(wěn)頻模式，我們可以降低或者消除系統(tǒng)的啁啾量。一個(gè)典型的外調(diào)制器是由鈮酸鋰（LiNO3）晶體構(gòu)成。本設(shè)計(jì)實(shí)例中，我們通過(guò)對(duì)該晶體外加電壓的分析調(diào)整而最終減少該光發(fā)送機(jī)中的啁啾量，：　 模擬分析　　，驅(qū)動(dòng)電路1的電壓改變量ΔV1和驅(qū)動(dòng)電路2的電壓改變量ΔV2是相同的。其中MZ調(diào)制器以正交模式工作，外置偏壓位于調(diào)制器光學(xué)響應(yīng)曲線的中點(diǎn)，使偏壓強(qiáng)度為其峰值的一半。而消光系數(shù)設(shè)為200dB，以避免任何由于不對(duì)稱Y型波導(dǎo)而導(dǎo)致的啁啾聲。對(duì)于雙驅(qū)動(dòng)調(diào)制器而言，兩路的布局是完全一樣的[3]，所以這里可使用一個(gè)Fork將信號(hào)復(fù)制增益（本例設(shè)有三次參數(shù)掃描過(guò)程中，V2大小分別為V1的1，0，3倍）后到MZ調(diào)制器的另一個(gè)輸入口。　　 　　　 LiNbO3 MachZehnder調(diào)制器的參數(shù)設(shè)置　　　啁啾（Chirp）量可根據(jù)兩路的驅(qū)動(dòng)偏壓值得到，其中V1，V2分別為兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電壓，α為啁啾系數(shù)：　　　　　　　　　　　，在2，3口的電壓V1= –V2 = 。，啁啾系數(shù)α為0?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? ，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 V1=V2=，輸出的光信號(hào)波形及其啁啾量（Chirp）　　　　　　　　　　此外，為了觀察啁啾量隨電壓的改變情況，當(dāng)設(shè)定外加偏壓為V1= 3V2=，輸入口2，：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 當(dāng)V1=3V2=，輸出的光信號(hào)強(qiáng)度及其啁啾量大小　　　 當(dāng)V1= 3V2=，輸入口2，3的電信號(hào)波形　　 以上兩次不同V1，V2外置偏壓的情況下，OptiSystem提供了實(shí)際情況的模擬仿真，并可得到一系列結(jié)果：　　 1 ) 當(dāng)V1=V2=，其中的亮紅線為光發(fā)射器的啁啾量，可得到其大小約為100Hz；相對(duì)于光源的頻率，這個(gè)啁啾量在實(shí)際情況中可基本視為零。　　　 2 ) 當(dāng)V1=3V2=，啁啾量的大小約為3GHz，這個(gè)大小的啁啾量在實(shí)際情況中對(duì)輸出光信號(hào)的靈敏度以及最終所能傳輸?shù)木嚯x都會(huì)有十分嚴(yán)重的影響，需要設(shè)計(jì)者避免和消除?！　　? 從本設(shè)計(jì)案例中，我們可以利用OptiSystem提供的元件和分析功能設(shè)計(jì)并得到關(guān)于LiNbO3 MachZehnder調(diào)制器中的啁啾量大小隨兩路輸入電壓的變化關(guān)系，從而可在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和分析，以得到最佳的效果；更多關(guān)于MachZehnder調(diào)制器的啁啾的分析可參見(jiàn)文獻(xiàn)[13]?！　　　　　　　　　　　　　　⒖嘉墨I(xiàn)：　　　[1] Cartledge, .。 Rolland, C.。Lemerle, S.。Solheim, A., “ Theoretical performance of 10Gbps lightwave systems using a IIIV semiconductor MachZehnder modulator. IEEE Photonics Technology Letters, Volume: 6 Issue: 2 , Feb .1994, Pages:282284.　[2] Cartledge, .。 “Performance of 10Gbps lightwave systems based on lithium niobate MachZehnder modulators with asymmetric Ybranch waveguides”. IE