【正文】 光纖通信技術(shù)仿真實驗　　1 光發(fā)送機（Optical Transmitters）設(shè)計　 光發(fā)送機簡介　　 光發(fā)送機設(shè)計模型案例：鈮酸鋰（LiNbO3）型MachZehnder調(diào)制器的啁啾（Chirp）分析　　　　2 光接收機（Optical Receivers）設(shè)計　 光接收機簡介　 光接收機設(shè)計模型案例：PIN光電二極管的噪聲分析　　　3 光纖（Optical Fiber）系統(tǒng)設(shè)計　　　 光纖簡介　 光纖設(shè)計模型案例：自相位調(diào)制（SPM）導致脈沖展寬分析　　4 光放大器（Optical Amplifiers）設(shè)計　 光放大器簡介　　　 光放大器設(shè)計模型案例：EDFA的增益優(yōu)化　　　　　5 光波分復用系統(tǒng)（WDM Systems）設(shè)計　　 光波分復用系統(tǒng)簡介　 光波分復用系統(tǒng)使用OptiSystem設(shè)計模型案例：陣列波導光柵波分復用器（AWG）的設(shè)計分析　　　　6 光波系統(tǒng)（Lightwave Systems）設(shè)計　 光波系統(tǒng)簡介　 光波系統(tǒng)使用OptiSystem設(shè)計模型案例：40G單模光纖的單信道傳輸系統(tǒng)設(shè)計　　　7 色散補償（Dispersion Compensation）設(shè)計　　 色散簡介　 色散補償模型設(shè)計案例：使用理想色散補償元件的色散補償分析　　8 孤子和孤子系統(tǒng)（Soliton Systems）　　 孤子和孤子系統(tǒng)簡介　　 孤子系統(tǒng)模型設(shè)計案例：　　　　　　　　　　1 光發(fā)送機（Optical Transmitters）設(shè)計　　　　　　 光發(fā)送機簡介　　　　　一個基本的光通訊系統(tǒng)主要由三個部分構(gòu)成，：　　　 光通訊系統(tǒng)的基本構(gòu)成　1）光發(fā)送機 2） 傳輸信道 3）光接收機　　　　　　　　　　 作為一個完整的光通訊系統(tǒng)，光發(fā)送機是它的一個重要組成部分，它的作用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，并有效地把光信號送入傳輸光纖。光發(fā)送機的核心是光源及其驅(qū)動電路?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的有兩種半導體光源：發(fā)光二級管（LED）和激光二級管（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)，后者適宜于長距離高速系統(tǒng)?！　　∫话愎獍l(fā)送機由以下三個部分組成：　1) 光源（Optical Source）：一般為LED和LD?！?) 脈沖驅(qū)動電路（Electrical Pulse Generator）：提供數(shù)字量或模擬量的電信號?！　　　?) 光調(diào)制器（Optical Modulator）：將電信號（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　　　在該結(jié)構(gòu)中，同時我們使用一個PseudoRandom Bit Sequence Generator模擬所需的數(shù)字信號序列，經(jīng)過一個NRZ脈沖發(fā)生器（NoneReturntoZero Generator轉(zhuǎn)換為所需要的電脈沖信號，該信號通過一個MachZehnder調(diào)制器，通過電光效應(yīng)加載到光波上，成為最后入纖所需的載有“信息”的光信號?！　　? 　 光發(fā)送機模型設(shè)計案例：鈮酸鋰（LiNbO3）型MachZehnder調(diào)制器中的啁啾（Chirp）分析　　　　 設(shè)計目的　　通過本設(shè)計實例，我們對鈮酸鋰MachZehnder調(diào)制器中的外加電壓和調(diào)制器輸出信號的啁啾量的關(guān)系進行了模擬和分析，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?！? 　 原理簡介　　 對于處于直接強度調(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，從而導致激光器諧振腔的光通路長度相應(yīng)變化，結(jié)果致使振蕩波長隨時間偏移，導致所謂的啁啾現(xiàn)象。啁啾是高速光通訊系統(tǒng)中一個十分重要的物理量，因為它對整個系統(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)計布局圖　 雙驅(qū)動型LiNbO3 MachZehnder調(diào)制激光發(fā)送機設(shè)計圖　　　 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。一個典型的外調(diào)制器是由鈮酸鋰（LiNO3）晶體構(gòu)成。本設(shè)計實例中，我們通過對該晶體外加電壓的分析調(diào)整而最終減少該光發(fā)送機中的啁啾量，：　 模擬分析　　，驅(qū)動電路1的電壓改變量ΔV1和驅(qū)動電路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)制器光學響應(yīng)曲線的中點，使偏壓強度為其峰值的一半。而消光系數(shù)設(shè)為200dB，以避免任何由于不對稱Y型波導而導致的啁啾聲。對于雙驅(qū)動調(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Fork將信號復制增益（本例設(shè)有三次參數(shù)掃描過程中，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)動偏壓值得到，其中V1，V2分別為兩個驅(qū)動電路的驅(qū)動電壓，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，當設(shè)定外加偏壓為V1= 3V2=，輸入口2，：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 當V1=3V2=，輸出的光信號強度及其啁啾量大小　　　 當V1= 3V2=，輸入口2，3的電信號波形　　 以上兩次不同V1，V2外置偏壓的情況下，OptiSystem提供了實際情況的模擬仿真，并可得到一系列結(jié)果：　　 1 ) 當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；相對于光源的頻率，這個啁啾量在實際情況中可基本視為零?！　　? 2 ) 當V1=3V2=，啁啾量的大小約為3GHz，這個大小的啁啾量在實際情況中對輸出光信號的靈敏度以及最終所能傳輸?shù)木嚯x都會有十分嚴重的影響，需要設(shè)計者避免和消除?！　　? 從本設(shè)計案例中，我們可以利用OptiSystem提供的元件和分析功能設(shè)計并得到關(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，從而可在實際設(shè)計時針對一些參數(shù)進行設(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文獻[13]?！　　　　　　　　　　　　　　⒖嘉墨I：　　　[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