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。 tjIT4 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。 zPKx: I3 8kwe ._&) 1.仿真任务 ~gAp`Q 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。 D3BT>zTGK 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。 d} `Z| ex vOl<
2.仿真步骤 p^uX{! 图1所示为光路图。 ]&mN~$+C ]gHi5]\NC
图1.光路布局 /PuN+M 图2是用于实现10 Gb/s传输的全局参数。 s
v}o% -lNq.pp3-$
图2.全局参数设置 eumpNF%$ 图3为脉冲参数。 {+V]saYP WzwH;!
图3 脉冲参数设置 @ppT;9<d 我们设定: /\0rRT 比特速率 B= 10 Gb/s → TB = 100 ps. 6pCQP
c*A 序列长度 16 bits >.)m|, 脉冲波长 λ= 1300 nm 2sryhS'(H TFWHM = 20 ps —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps 9AgTrP 输入峰值功率 21.7 mW jLZ^EM- L~u@n24 图4和图5显示了非线性色散光纤的参数。 WE|-zo
图4.非线性色散光纤的Main参数 ".Q``d&X
图5.非线性色散光纤的Dispersion参数 >ARZ=x[ 我们将设定长度为50 km、损耗为0.4 dB/km的SMF。 x]=s/+Y F^/1 u 注:不考虑群延迟和三阶色散的影响。 }+{?
Ms 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)。 xR`W9Z5 [$<\*d/
图6.非线性色散光纤的Nonlinearities参数 g$N/pg2>cT 对于Kerr非线性系数γ=n2ω0/cAeff,非线性折射率n2=2.6×10-20[m2/W]. e2X\ll
nbECEQ:|B 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。 OrJuE[R. 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: ?2zbZ ——5.8 mW——光孤子峰值功率(功率不足) }CCTz0[D" ——27.1mW——考虑周期性放大的光孤子峰值功率(平均光孤子) R;]z/|8 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。 |v6kZ0B< oN\IQ7oI 3.仿真结果 ~.*G%TW &V 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。 abW[hp ,L.*95,
图7.平均光孤子脉冲 (1pR= 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。 oieJ7\h]m 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。 l
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图8.功率不足的脉冲模式 w I7iE4\vz 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。 o;zU;pkB 这节课演示了平均光孤子系统。它要求: -*<4 hFb 1.满足绝热条件LA<LD; }^@Q9<P^E 2.适当的脉冲峰值功率。 u Sl&d
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