OptiSystem应用:平均光孤子系统
超高速、超长中继距离传输一直是光纤通信所追求的目标。而光纤损耗、色散和非线性效应是其发展的主要限制因素。光纤的色散使光信号的脉冲展宽,而光纤中还有一种非线性的特性,光纤的非线性特性在光的强度变化时使频率发生变化,从而使传播速度变化,这种特性会使光信号的脉冲产生压缩效应。 5X9*K 非线性作用会部分抵消色散所带来的脉冲展宽,当两种效应达到平衡时,光脉冲在传播过程中脉冲宽度不再发生变化,光脉冲就会像一个一个孤立的粒子那样变成了理想的光脉冲,这种脉宽不再随传播过程变化的理想脉冲,称为光孤子。 j,1cb,}=^ TUQe.oAi 1.仿真任务 !3"Hn
本课程演示了在由SMF(单模光纤)组成的500km光链路上以10Gb/s传输的平均光孤子系统。 @Dd ( 光孤子通信系统脉冲器进行编码调制,通过光功率放大器(如EDFA)对传输过程中信号能力衰耗进行补偿、并在光纤中进行传输,光纤中的非线性效应抵消色散的脉冲展宽,使光孤子信号在长距离光纤稳定传输。 c=Zurqj 7+$P6[* 2.仿真步骤 1V]j8 图1所示为光路图。 , lBHA+@ y)7;"3Q<
[attachment=123304] 图1.光路布局 &
5'cN 图2是用于实现10 Gb/s传输的全局参数。 <}%gZ:Z6g cdg&)
[attachment=123305] 图2.全局参数设置 T1RICIf1F 图3为脉冲参数。 Nu><r d81[hT}q
[attachment=123306] 图3 脉冲参数设置 LOk J 我们设定: c}2"X, 比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps. :ZXaJ! 序列长度 16 bits q=k[]vD 脉冲波长 λ= 1300 nm *{=q:E$ TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps .zJZ*\2ob 输入峰值功率 21.7 mW Oz=!EG|N ` yM9XjEl> 图4和图5显示了非线性色散光纤的参数。 djDE0-QxcR
[attachment=123307] 图4.非线性色散光纤的Main参数 W"s)s
[attachment=123308] 图5.非线性色散光纤的Dispersion参数 ?Lr:> 我们将设定长度为50 km、损耗为0.4 dB/km的SMF。 )2bbG4:N iv6bXV'N
[attachment=123309] 注:不考虑群延迟和三阶色散的影响。 +4k4z:<n 在每条光纤之后,信号用EDFA进行放大。因此,LA=50 km。满足条件LA<LD(见图6)。 Fz]!2rt {<2q
[attachment=123310] 图6.非线性色散光纤的Nonlinearities参数 o H]FT{ 对于Kerr非线性系数γ=n2ω0/cAeff,非线性折射率n2=2.6×10-20[m2/W]. (U*Zz+ R [attachment=123311] lH>6;sE 50 km SMF的线性损耗为20 dB,损耗用增益为20dB的理想EDFA进行周期性补偿。 9}11>X 该SMF的光孤子峰值功率为5.8mW。平均光孤子的输入功率为27.1mW。为了证明平均光孤子输入功率的重要性,我们将考虑具有两个不同输入功率的500km SMF中的光孤子传播: Hnbd<?y
——5.8 mW——光孤子峰值功率(功率不足) Kxsj_^&|i ——27.1mW——考虑周期性放大的光孤子峰值功率(平均光孤子) `^DP<&{ 对循环数量0、4、7和10进行扫描,用这些循环来表示SMF中的传播距离0、200、350和500km。 rmdG"s buxyZV@1 3.仿真结果 O9:J
^g 图7显示了脉冲的初始模式,以及在SMF中传输200、350和500km后的相同脉冲模式。每50km用EDFA进行周期性放大,27.1mW的光孤子峰值功率。 u6/;=]0
S@C"tHD
[attachment=123312] 图7.平均光孤子脉冲 L$; gf_L 可以清楚地看到脉冲模式的良好保存。脉冲、光纤和放大参数对于平均光孤子是有效的。 AKAxfnaR 图8显示了脉冲的初始模式,以及在SMF中传输200、350和500km后的相同脉冲模式,以及每50km用EDFA进行周期性放大,峰值功率为5.8 mW。 ?$4CgN- wM#q [m;
[attachment=123313] 图8.功率不足的脉冲模式 vpu
由于使用了不适当的脉冲功率,图案中的脉冲无法保持其形式。结果,脉冲变宽并且出现复杂的结构。 L$}'6y/@ 这节课演示了平均光孤子系统。它要求: `e+eL*rZ~ 1.满足绝热条件LA<LD; OLDEB.@ 2.适当的脉冲峰值功率。
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