利用MATLAB模拟光纤传光

利用MATLAB模拟光纤传光

物理与光电工程学院

应用物理成寒剑

20131326007

一、光纤传输原理

光纤是一种传输介质，是依照光的全反射的原理制造的。光纤是一种将讯息从一端传送到另一端的媒介，是一条以玻璃或塑胶纤维作为让讯息通过的传输媒介。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或者衰减（dB/km），关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔的距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽（ns/km），影响到一定的传输距离和信息传输容量。

二、光纤分类

光纤光纤正处在新产品的不断涌现的发展时期，种类不断增多，而且千变万化。近年来用于传感器的特殊光纤发展尤迅速。目前一般分类方法如下：1．按传输模分：（1）单模光纤。单模光纤纤芯直径仅几个厘米，加包层和涂敷层后也仅几十个微米到125微米。纤芯直径接近波长。单模光纤采用窄芯线，使用

激光作为发光源，所以其地散极小；另外激光是发一个方向射入光纤，而且仅有一束，使用其信号比较强，可以应用于高速度、长距离的应用领域中，便也合得它的成本相对更高。（2）多模光纤。多模光纤纤芯直径有50微米，加包层和涂敷层有50微米。纤芯直径远远大于波长。多模光纤广泛地应用于短距离或相对速度更低一些的领域中，它采用LED 作为光源，使用宽芯线，所以其散较大；在加上整个光纤内有以多个角度射入的光，所以其信号不如单模光纤好，但相对低的价格是它的优势。

2．按折射率分布分：折射率分布类光纤可分为阶跃式光纤和渐变式光纤。阶跃式光纤纤芯的折射率和保护层的折射率都是一个常数。在纤芯和保护层的交界面,折射率呈阶梯型变化。渐变式光纤纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小, 在纤芯与保护层交界处减小为保护层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物。

三、光纤传光理论分析

光是一种频率极高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导，因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。本章中我们仅从几何光学的角度讨论光纤中光的传光路径问题，使我们能够更直观、形象的理解光纤传光理

论。对于多模光纤而言，由于其几何尺寸远远大于光波波长，所以可以把光波看作成为一条光线来处理，这正是几何光学的处理问题的基本出发点。1 光在均匀介质中的反射与折射特性光波在空间是沿着直线传播的，当光波遇到两种不同介质的交界面时

会发生反射和折射现象并遵循斯奈尔定律。

（1)斯奈尔反射定律:入射光在两种介质的界面发生反射时，反射光线位于入射光线和法线NN所决定的平面内,反射光线和入射光线分居法线的两侧,反射角θ3等于入射角θ1,即θ1=θ3。（2）斯奈尔折射定律:入射光在两种介质的界面发生折射时，折射光线位于入射光线和法线NN’所决定的平面内,折射光线和入

射光线分居法线的两侧,入射角θ1和折射角Φ2有这样的关系: n1sinθ1=n2sinθ2。

四、单模光纤中光的传播

单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。故称为单模光纤。由于单模光纤的特点，其模间色散很小，适用于远程通讯，但单模光纤存在着材料色散和波导色散。在1.31μm波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，它的低损耗窗口在1.31μm处。光在单模光纤中的传播轨迹，简单地讲是以平行于光纤轴线的形式以直线方式传播。单模光纤之所以会有这样的传光轨迹，是因为在单模光纤中仅有一种模式的光波能够传播，而其它模式的光波全部被截止.图中平行于光纤轴线传播的光线即代表基模光波的传播。

五、多模梯度折射率光纤中光的传输

阶跃型多模光纤模间色散很大，脉冲展宽严重，传输带宽很窄。为了尽量减小模式色散，人们设计了梯度折射率分布的光纤。为分析梯度型多模光纤中光线的传播，采用级限逼近法，按照阶跃型多模光纤的分析思路作近似处理：将沿光纤半径γ方向连续变化的折射率分割成不连xu的若干薄层且假设每一薄层的折射率是近似均匀的。

MATLAB模拟传光

本文采用了阶跃型单模光纤、阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤作为研究对象，应用几何光学理论分析光纤的传光路径并利用MATLAB软件对其传光路径进行了模拟

（一）模拟光在单模光纤中的传播

启动运行MATLAB，在它的命令窗口输入程序，将得到如图所示的图形，这就是要得到的在单模光纤中光的传播路径。

(二)模拟光在单模光纤中的传播

首先启动运行MATLAB，在它的命令窗口输入

程序，将得到如图所示的图形，这就是要得到的在单模光纤中光的传播路径。

从图中可以发现，光纤中的光只在纤芯轴线上进行传播。这是因为在单模光纤中只有基模光波能够传播，其他模式的光波都被截止。 3.2模拟光在多模阶跃折射率光纤中传播阶跃折射率光纤中光的实际传播轨迹为在纤芯中心与纤芯/包层界面之间来回反射并向前传播。三种情况如下：（a）中光波射入光纤的入射角为θi=θmax，θmax为第三章第一节中光

12 线在纤芯/包层界面上发生全反射时的临界角。由图可知此时，光线进入光纤后，在纤芯中传播，当光线到达纤芯/包层界面时光线将不再向包层中传播，而只在纤芯/包层边界处向前传播。（b）中光波射入光纤的入射角为θi>θmax ，由图可知此时，光线进入光纤后，从纤芯传播到纤芯/包层界面时光线折射进包层，在包层中继续传播。这些折射光在包层中损耗比较大，每折射一次能量就会损耗一些。不言而喻，这种情况下光不可能被传播很远，能量很快就会全部被消耗殆近。显然，这不是要获得的光纤中光传输的理想情况。（c）中光波射入光纤的

入射角为θi<θmax，由图可知此时，光线进入光纤后，从纤芯传播到纤芯/包层界面时光线将不再折射进包层，而是全部返回了纤芯中。这种情况下光在纤芯/包层界面上满足了全反射定律，这也使得光在光纤中能够远距离传输而能量没有被消耗殆尽。

(a)光波射入多模阶光纤的入射角θi=θmax时光纤中光波的传播路径

(b)光波射入多模阶跃光纤的入射角为θi>θmax 时光纤中光波的传播路径

(c)光波射入多模阶跃光纤的入射角为θi<θmax 时光纤中光波的传播路径

(三)模拟光在梯度折射率光纤中传播

梯度折射率光纤中光的实际传播轨迹为在纤芯内沿着曲线向前传播。由于梯度折射率光纤的纤芯的折射率是从纤芯中心到纤芯/包层界面之间由大到小逐渐递变的。使得进入光纤的光线在纤芯内传播的过程中不再像在阶跃折射率光纤中那样沿着直线在纤芯/包层界面之间来回反射向前传播，而是以正弦曲线的方式在纤芯内向前传

播

由于在纤内折射率是从纤芯中心向两边递减的，使得靠近纤芯中心的光线的传播速度快，远离纤芯中心的光线的传播速度慢。

主要相关程序：

clc

for i=1:4

figure

plot([0 32 32 0 0], [1 1 1.5 1.5 1], 'k');

fill([0 32 32 0 0], [1 1 1.5 1.5 1], 'y');

axis([-.5 50 -2 2]);

hold on;

plot([0 32 32 0 0], [-1 -1 1 1 -1], 'k');

fill([0 32 32 0 0], [-1 -1 1 1 -1], 'g');

plot([0 32 32 0 0], [-1.5 -1.5 -1 -1 -1.5], 'k');

fill([0 32 32 0 0], [-1.5 -1.5 -1 -1 -1.5], 'y');

plot([35 35], [-1.5 1.5], 'k-.');

plot([35 37], [-1.5 -1.5], 'k');

plot([35 37], [1.5 1.5], 'k');

plot([37 37], [1.5 0], 'k-.');

plot([37 40], [1 1], 'k');

plot([40 40], [1 -1], 'k-.');

plot([40 37], [-1 -1], 'k');

plot([37 37], [-1 -1.5], 'k-.');

plot([34 43], [0 0], 'k');

text(36.5, .1, 'n2');

text(39.5, .1, 'n1');

if i==1

plot([-0.5 1.5 10 20 30 32], [-0.4 1 1 1 1 1], 'r');

text(23, 1.75, 'n0');

text(23, 1.25, 'n2');

text(23, .5, 'n1');

text(28, 1.75, 'n1>n2>n0');

text(28, 1.25, '包层');

text(28, .5, '纤芯');

plot(32, 0, 'bo');

elseif i==2

plot([-0.5 1.5 6 ], [-0.4 1 2 ], 'r');

text(23, 1.75, 'n0');

text(23, 1.25, 'n2');

text(23, .5, 'n1');

text(28, 1.75, 'n1>n2>n0');

text(28, 1.25, '包层');

text(28, .5, '纤芯');

plot(32, 0, 'bo');

elseif i==3

plot([-0.4 0 4 8 12 16 20 24 28 32],[-0.5 0 1 0 -1 0 1 0 -1 0 ], 'r'); text(23, 1.75, 'n0');

text(23, 1.25, 'n2');

text(23, .5, 'n1');

text(28, 1.75, 'n1>n2>n0');

text(28, 1.25, '包层');

text(28, .5, '纤芯');

plot(32, 0, 'bo');

elseif i==4

x=-0.4:0.1:32;

y=sin(5/16*pi*x);

plot(x,y,'r');

text(23, 1.75, 'n0');

text(23, 1.25, 'n2');

text(23, .5, 'n1');

text(28, 1.75, 'n1>n2>n0');

text(28, 1.25, '包层');

text(28, .5, '纤芯');

plot(32, 0, 'bo');

end

end

结论分析：单模光纤的中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯。在使用计算机对光纤传光路径进行模拟的过程中，可以发现，在单模光纤中，只有一种模式（基模）的光波被传输，而高阶模，则全被截止。表现出了只有一条直线沿着光纤纤芯的中心向前传播。可以看出单模光纤中的光线不进入包层和涂覆层，而使其完全避免了色散和光能量的浪费。所以单模光纤传输光的距比多模光纤要远得多。一般情况下单模光纤的传输距离也能达到50Km—100Km，所以它非常适宜于长距离传输。

这次实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用过程中还有些问题不能独立解决，所以我会在今后的学习中更加努力学习，学好自己的专业知识，来适应发展迅速的现代社会。

OptiSystem仿真在光纤通信实验教学中的应用_王秋光_解析

ISSN1672－4305CN12－1352/N实验室科学 LABOＲATOＲYSCIENCE 第18卷第 1期 2015年 2月 Vol. 18No. 1Feb. 2015 OptiSystem 仿真在光纤通信实验教学中的应用 王秋光 , 张亚林 , 胡彩云 , 赵莹琦 (广州大学松田学院电气与汽车工程系 , 广东广州 511370 摘 要 :介绍了光纤通信实验教学中的光纤色散实验、激光器调制频率特性实验、掺铒光纤放大器实验、光 接收机实验与 WDM 系统实验 5个 OptiSystem 仿真实验 , 给出了每个实验项目的仿真模型及模型中的参数设置 , 简要分析了仿真实验结果。 OptiSystem 仿真实验可以反复观察练习 , 节省较高的实验费用 , 有利于学生对光纤通信课程教学中抽象的理论知识的理解 , 在光纤通信实验教学中取得了较好效果。关键 词 :OptiSystem ; 光纤通信 ; 仿真 ; 实验教学中图分类号 :TN929．11; TP391．9 文献标识码 :A doi :10．3969/j．issn．1672－4305．2015．01．008 Application of OptiSystem simulation in experiment teaching of optical fiber communication WANG Qiu －guang , ZHANG Ya －lin , HU Cai －yun , ZHAO Ying －qi (Department of Electrical ＆Automotive Engineering , Guangzhou University Sontian College , Guang-zhou 511370, China

光纤实验报告--数字光纤通信线路编译码CPLD仿真实验

光纤实验报告--数字光纤通信线路编译码CPLD仿真实验

数字光纤通信线路编译码 CMI实验

班级： 姓名： 一、实验目的： 1．熟悉m序列NRZ码、任意周期码产生原理以及光纤线路CMI编译码原理。 2．初步熟练Altera公司Maxplus II仿真平台的使用。 3．进一步熟悉数字电路设计技巧。 4．基本掌握如何进行CPLD的电路设计与仿真。 5．深入理解光纤线路编译码在光纤通信系统中的实际运用方法。 二、实验内容： 1．学习使用Altera公司Maxplus II仿真平台进行CPLD数字电路的设计与仿真。

2．设计m序列NRZ码产生电路以及光纤线路CMI编译码电路。 m序列: 伪随机序列； NRZ: 不归零码； CMI编码规则: 0码：01； 1码:：00/11 交替； 3．通过CPLD仿真确保上述电路的正确设计。 4．总结光纤线路编译码在光纤通信系统中的实际运用。 三、实验要求: 在MAX+plus II软件仿真环境中， 1．用绘制原理图的方法建立新工程，设计CPLD内部下述电路：15位m序列NRZ码的生成电路； CMI编码电路； CMI编码输入的选择电路：周期15位m序列与由周期15位二进制码表示本组内某学号最后四位（前面可补零）分别选择作为CMI编码输入； CMI译码电路（在实验室条件下使用统一系统时钟，输入为CMI编码输出）。 2．对所做设计完成正确编译。 3．使用仿真环境完成信号波形仿真。CPLD电路仿真的输入输出信号即各测试点数 信号要求如下： 输入：电路的总复位信号：1路（位）； 系统时钟信号（2Mbps）：1路； CMI编码输入的选择信号：1路； 输出：周期15位m序列NRZ码：1路； 周期15位二进制后四位学号：1路； CMI编码输出信号：1路； CMI译码输出信号：1路；

利用MATLAB模拟光学简单空间滤波系统

利用MATLAB 模拟光学简单空间滤波系统 摘要：阿贝成像原理是第一步在透镜的后焦面上得到物的空间频谱分布，第二步成像则是合频的过程，实则是两次傅立叶变换。利用阿贝-波特实验装置和空间滤波系统，可以对一幅光学图像进行光学信息处理。通过MATLAB 环境编写程序完成阿贝-波特实验和空间滤波的物理模型的构建并进行计算机模拟。 关键词：MATLAB ；阿贝成像原理；空间滤波；计算机模拟 引言： 早在1873年,阿贝（E ．Abbe,1840—1905）在德国蔡司光学器械公司研究如何提高显微镜的分辨本领问题时,就认识到相干成像的原理。空间滤波的主要目的是通过有意识地改变像的频谱,使像实现所希望的变化。光学信息处理是一个更为广阔的领域，它是基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。阿贝提出的二次成像理论和20世纪初的阿贝—波特实验,已经为光学信息处理打下了一定的理论基础。 在阿贝成像理论的教学中,单纯依靠数学推演来讲解,效果不好,特别是空间频率、空间滤波等概念的形成有一定的困难。虽然可以通过演示阿贝- 波特实验来加强教学效果,但由于在普通教室难以完成演示实验,在实验室又受仪器、场地等方面的限制,实验现象不太理想。为此,我们设计出计算机模拟实验, 获得较好的模拟效果。在学习了解了阿贝成像原理的基础上，我们可以通过MATLAB 完成对阿贝-波特实验和空间滤波系统的计算机模拟，观察各种物体的空间频谱分布，设计各种不同的空间滤波器。 1.阿贝成像原理 在相干平行光照明下,显微镜的物镜成像可以分成两步：第一步即分频过程，由入射光经过物平面1P 发生衍射在物镜的后焦面2P 上形成夫琅禾费衍射图样;第二步称为合频或频谱综合过程，衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平面上相干叠加成像。相干光的成像过程本质上是两次傅立叶变换,第一次是将光场空间分布变成频率分布，第二次则是傅立叶逆变换,即将各频谱分量复合为像。如下图所示，为阿贝成像原理图。 L

光发送机仿真

光发送机的仿真实验 ㈠实验目的： ①学会使用仿真软件进行仿真模信号 ②了解光发机的组成与仿真实验图的构建 ③熟悉光发射机工作原理 ㈡实验原理及结果： 光发送机是一个非常重要组成部分，它的作用是将电信号转化成光信号，并有效地将光信号传入光纤，其核心是光源和其驱动电路。现在广泛应用的有两种半导体光源：发光二极管（LED）、激光二极管（LD）。其中LED输出的是非相干光，频谱宽，入纤功率小，调制速率低：而LD是相干光则与之相反。前者适宜于短距离低速系统，后者适宜于长距离高速系统。 光发送机一般都是由光源、脉冲驱动电路、光调制器组成，图1如下： （图1）

①构建一个外调制激光发射机：光源为频率193.1THZ的激光二极管，同时用仿真软件模拟所需数字信号序列，经过NRZ 脉冲发生器转化成所需电脉冲信号，让该信号通过调制器加载到光波上，成为载有“信息”的光信号。构建图2如下： （图2） ②设计实例，对铌酸型Mach-Zehnder调制的啁啾分析，外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，消除降低系统啁啾量。典型的外调器是由铌酸锂（LiNo3）晶体构成。通过对其外加电压的分析调整而减少其啁啾量，设计图3如下： （图3）

③在图3中，驱动电路1电压改变量▽V1和驱动电路2电压改变量▽V2相同，图4为MZ调制器参数设定窗口，MZ以正交模式工作，其参数调制如下图4： （图4） 其中V1、V2分别为两个驱动电路的的电压，α为啁啾系数：α=（V1+V2）/（V1—V2） 图5为一系列信号脉冲输入时，在2、3口的电压V1=-V2=2.0V 时的波形，根据公式可得图6的结果：

光纤通信仿真知识分享

光纤通信仿真

光纤通信仿真实验 光纤模型实验：自相位效应姓名：万方力 学号：2013115030305 班级：1303班 指导老师：胡白燕 院系：计算机科学与技术学院

光纤模型实验：自相位效应 一、实验目的 1、通过进行本次实验，加深光纤结构以及特性的理解，通过实验现象的分析，结合理论知识获得进一步的认识。 2、本次实验是对自相位调制在脉冲传播上的模型进行模拟和验证，是基于光纤性质上的实验，通过本次实验，了解自相位效应的产生及影响，加深光纤相关知识的理解。 二、实验原理 1、光纤的色散特性 色散（Dispersion）是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传输时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。 1）模式色散 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。 2)材料色散

含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。 3）波导色散 由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。 2、自相位调制 信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制。 在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频 谱逐渐展宽。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。在光纤的正常色散区中,由于色散效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输 的信号将经历暂时的较大展宽。但在异常色散区,光纤的色散效应和自相 位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。 在一般情况下,SPM效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。 在G.652光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制效应将引起脉冲的压缩,但同时使传输光谱展宽。采用G.652光纤时,把信道设置在零色散波长附近将有利于减少自相位调制效应的影响。在长距离系统中,这种光 纤可采用以适当间隔作色散补偿的方法来控制自相位调制效应的影响,当然,也可通过减少输入光功率的方法来减少自相位调制效应的影响。

Matlab数字衍射光学实验讲义(一)

实验注意事项（必读） 1．没有弄清楚实验内容者，禁止接触实验仪器。 2．注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损伤眼睛。 3．注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触电。 4．注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学表面；特别是 在调整光路中，要避免手指碰到光学表面。 5．光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。 6．实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理一下卫生。

Matlab数字衍射光学实验一 计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时，首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值，并让模型中的某些变量在指定的范围内变化，通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中，系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能： 1）计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便，过程可控制等优点； 2）可减少系统外界条件对实验本身的限制，方便地设置不同的系统参数，便于研究和发现系统运动的特性； 3）借助计算机的高速运算能力，可以反复改变输入的实验条件、系统参数，大大提高实验效率。因此．计算机仿真具有良好的可控制性(参数可根据需要调整)、无破坏性(不会因为设计上的不合理导致器件的损坏或事故的发生)、可复现性(排除多种随机因素的影响，如温度、湿度等)、易观察性(能够观察某些在实际实验当中无法或者难以观察的现象和难以实现的测量，捕捉稍纵即逝的物理现象，可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。 Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox(工具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。Matlab的长处在于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。MathWorths公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，增强了Matlab的市场竞争力，使Matlab成为市场主流的数值计算软件。Matlab产品族支持概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。其主要功能有：数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计、数字图像信号处理、财务工程，建模、仿真、原型开发，应用开发，图形用户界面。 在光学仪器设计和优化过程中，计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算，可以大幅度节省实验所耗费的人力物力，特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下。如在大型激光仪器的建造过程中，结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。仿真光学实验也可应用于基础光学教学。光学内容比较抽象，如不借助实验，很难理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。传统的光学实验需要专门的实验仪器和实验环境。其操作比较烦琐，误差大现象也不明显，对改变参数多次观察现象也多有不便。MATLAB是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。利用它对光学实验仿真可避免传统实验中的缺点，强大的功能使光学实验变得简便准确。基于MATLAB的科学可视化功能对光学仿真实验现象进行计算机模拟的效果更加准确明显。 1.实验目的: 掌握基本的Matlab编程语言，了解其编程特点；模拟几种常用函数，了解其编程过程及图像显示命令函数，掌握Matlab画图方法；通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法；掌握光波的matlab编程原理及方法，初步了解Matlab

光纤通信实验指导书3

光纤通信实验指导书 南昌工程学院通信工程专业 2014年12月

实验一光发射机的仿真验证与设计 实验目的 1．熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。 2．利用Optisystem的优化功能仿真计算光纤通信系统的各项性能参数，并进行分析。 3. 分析LED和LD的谱宽及P/I特性。 实验原理 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，而成为一系列广泛使用的工具。 OptiSystem允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它的广泛应用包括：物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计；CA TV或者TDM∕WDM网络设计；SONET∕SDH的环形设计；传输器、信道、放大器和接收器的设计；色散图设计；不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（penalty）的评估；放大的系统BER和连接预算计算。 Optisystem环境是一种为利用元件库组建光纤通信系统，利用优化功能仿真计算系统的各项性能参数，通过数据分析和图形显示来获得最佳的光纤通信系统。Optisystem通过3部分来实现光纤通信系统仿真，即：器件库、光学方案图编辑器、图形演示。 1、器件库 (1) 发射器 发射器件库包括了所有与光信号产生和编码相关的器件，例如半导体激光器、调制器、编码器和比特序列发生器等。半导体激光器由于它在发射器中的重要角色而成为了最重要的发射器部件。使用OptiSystem，用户可以输入测量过的数据来评估速率方程所需的那些参数。

信息光学matlab仿真

%圆孔的夫琅禾费衍射： N=512; r=3; %衍射圆孔的半径 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/16,N/16-1,N)); D=(m.^2+n.^2).^(1/2); I(find(D<=r))=1; subplot(1,2,1),imshow(I); title('生成的衍射圆孔'); % 夫琅禾费衍射的实现过程 L=500; [X,Y]=meshgrid(linspace(-L/2,L/2,N)); lamda_1=630; % 输入衍射波长; lamda=lamda_1/1e6 k=2*pi/lamda; z=1000000; % 衍射屏距离衍射孔的距离h=exp(1j*k*z)*exp((1j*k*(X.^2+Y.^2))/(2*z))/(1j*lamda*z);%脉冲相应 H =fftshift(fft2(h)); %传递函数 B=fftshift(fft2(I)); %孔径频谱 G=fftshift(ifft2(H.*B)); subplot(1,2,2),imshow(log(1+abs(G)),[]); title('衍射后的图样'); figure meshz(X,Y,abs(G)); title('夫琅禾费衍射强度分布')

%单缝的夫琅禾费衍射： N=512; a=25; % 单缝的宽度 b=1000;% 单缝的长度 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/4,N/4,N)); I(-a

光纤通信实验报告

OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。 （1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。 （2）在value中输入数据并作评估。 （3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示）

光纤通信仿真

光纤通信仿真实验 光纤模型实验：自相位效应姓名：万方力 学号：2013115030305 班级：1303班 指导老师：胡白燕 院系：计算机科学与技术学院

光纤模型实验：自相位效应 一、实验目的 1、通过进行本次实验，加深光纤结构以及特性的理解，通过实验现象的分析，结合理论知识获得进一步的认识。 2、本次实验是对自相位调制在脉冲传播上的模型进行模拟和验证，是基于光纤性质上的实验，通过本次实验，了解自相位效应的产生及影响，加深光纤相关知识的理解。 二、实验原理 1、光纤的色散特性 色散（Dispersion）是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传输时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。 1）模式色散 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。 2)材料色散 含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。 3）波导色散 由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。

但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。 2、自相位调制 信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制。 在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频谱逐渐展宽。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。在光纤的正常色散区中,由于色散效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输的信号将经历暂时的较大展宽。但在异常色散区,光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。 在一般情况下,SPM 效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。 在G.652光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制效应将引起脉冲的压缩,但同时使传输光谱展宽。采用G.652光纤时,把信道设置在零色散波长附近将有利于减少自相位调制效应的影响。在长距离系统中,这种光纤可采用以适当间隔作色散补偿的方法来控制自相位调制效应的影响,当然,也可通过减少输入光功率的方法来减少自相位调制效应的影响。 经过自相位调制后，脉冲的波形（即：|E(z,t)|2=|E(z=0,t)|2）不受影响。而相位变化项ΦNL =|E(z=0,t)|2表明经过自相位调制后，脉冲的瞬时 频率相对原先载波的频率ω0已有所改变。频率改变量δω(t)由式子给出： (3.3) )(t t NL ?=δφδω 该频率的改变和时间的关系导致了啁啾声的产生。

综合实验报告LTE仿真实验

综合实验报告—LTE 学号： 姓名： 日期： 2016/2017学年第一学期

实验1 LTE无线接入网设备配置 实验目的： 1. 掌握LTE无线接入网的网元名称及其作用。 2. 掌握实验中各网元的线缆名称及其作用。 实验内容： 1. 完成一个LTE无线接入网站点机房的设备配置。 实验要求： 1. 完成大型城市万绿市A站点机房的设备配置。 实验步骤： 设备配置步骤如下： 1.单击仿真平台中的“设备配置”按钮，然后选择仿真场景中的某站点机房。 2.添加设备：包括BBU、RRU、ANT、PTN、ODF、GPS。 3.连接RRU和ANT。ANT1连接到RRU1，使用“天线跳线”，将ANT1左边1脚和 RRU的1脚，同理将对应的4脚连接起来。因为默认使用的是2×2的天线模式。 注意相互对应，不能连串。 4.连接RRU和BBU。使用“成对LC-LC光纤”，把TX0-RX0~TX2-RX2与RRU1~RRU3 对应连接起来。 5.连接BBU和GPS。使用“GPS馈线”，一端将馈线与GPS连接，另一端连接到BBU的IN 口。 6.连接BBU与PTN。使用“成对LC-LC光纤”，点击设备指示图里的BBU，将光纤接到BBU 的TXRX端口上，另一端连接到设备指示图里的PTN设备槽位1的GE1端口上。 7.连接ODF和PTN。单击ODF进入到ODF架内部，使用“成对LC-FC光纤”，将某市站 点机房和该市汇聚机房连接起来。这里要使用两对LC-FC线，分别连接到PTN的端口3和4口上。 至此，该市某站点机房的设备配置就完成了，从“设备指示图”中可观察到设备间的连接情况。 设备之间连接关系表 图3-1 万绿市核心网设备配置接口使用情况

利用MATLAB模拟光学简单空间滤波系统-

利用MATLAB模拟光学简单空间滤波系统 摘要：阿贝成像原理是第一步在透镜的后焦面上得到物的空间频谱分布，第二步成像则是合频的过程，实则是两次傅立叶变换。利用阿贝-波特实验装置和空间滤波系统，可以对一幅光学图像进行光学信息处理。通过MATLAB环境编写程序完成阿贝-波特实验和空间滤波的物理模型的构建并进行计算机模拟。 关键词：MATLAB；阿贝成像原理；空间滤波；计算机模拟 引言： 早在1873年,阿贝（E．Abbe,1840—1905）在德国蔡司光学器械公司研究如何提高显微镜的分辨本领问题时,就认识到相干成像的原理。空间滤波的主要目的是通过有意识地改变像的频谱,使像实现所希望的变化。光学信息处理是一个更为广阔的领域，它是基于光学频谱分析，利用傅里叶综合技术，通过空域或频域调制，借助空间滤波技术对光学信息进行处理的过程。阿贝提出的二次成像理论和20世纪初的阿贝—波特实验,已经为光学信息处理打下了一定的理论基础。 在阿贝成像理论的教学中,单纯依靠数学推演来讲解,效果不好,特别是空间频率、空间滤波等概念的形成有一定的困难。虽然可以通过演示阿贝-波特实验来加强教学效果,但由于在普通教室难以完成演示实验,在实验室又受仪器、场地等方面的限制,实验现象不太理想。为此,我们设计出计算机模拟实验,获得较好的模拟效果。在学习了解了阿贝成像原理的基础上，我们可以通过MATLAB完成对阿贝-波特实验和空间滤波系统的计算机模拟，观察各种物体的空间频谱分布，设计各种不同的空间滤波器。

1.阿贝成像原理 在相干平行光照明下,显微镜的物镜成像可以分成两步：第一步即分频过程，由入射光经过物平面1P 发生衍射在物镜的后焦面2P 上形成夫琅禾费衍射图样;第二步称为合频或频谱综合过程，衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平面上相干叠加成像。相干光的成像过程本质上是两次傅立叶变换,第一次是将光场空间分布变成频率分布，第二次则是傅立叶逆变换,即将各频谱分量复合为像。如下图所示，为阿贝成像原理图。 阿贝-波特实验是对阿贝成像理论最好的验证和演示。实验一般做法如下图所示，用平行相干光束照明一张细丝网格，在成像透镜后焦面上出现周期性网格的傅里叶频谱，由这些傅里叶频谱分量的在组合，从而在像平面上再现网格得像。若把各种遮挡物放在频谱面上，就能得到不同的像的频谱，从而得到由改变后的频谱分量重新组合得到的对应的像。

光纤通信中的色散补偿实验仿真

光纤通信中的色散补偿实验仿真 摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。 关键词：光纤通信色散补偿Optisystem仿真 The Dispersion Compensation In Optical Fiber Communication Yanlong Yuan (Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics, Electronic Science and Technology) Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation 1.概述

光纤通信实验六报告

光电综合设计报告 学号：姓名： 一、课题6： 1、课题要求及技术指标 ①课题名称： EDFA 设计 ②课题任务： 采取不同结构和泵浦波长设计一个EDFA，结构分为同向泵浦，反向泵浦，双向泵浦三类。 ③技术指标： 可选泵浦光源波长为980nm 和1480nm；泵浦光源的功率在10～20dBm，测试输入信号功率为－20dBm。 ④课题要求： 1．在上述条件下要求EDFA 噪声指数小于4.5dB。 2．在满足一定条件下，最大输出功率可达到18dBm，最大增益可达到25dB（两者不要求同时满足）。 3．需要分别比较三种结构下的EDFA 的以下特性，并根据比较结果优化设计： （1）掺铒光纤长度的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证； （2）泵浦光源波长（可选择980nm 和1480nm）的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证； 4．给出设计图和性能参数比较图，参数取点不少于10 个，参数应具有合理性和可行性。 2、课题分析及设计思路 ①课题分析： 铒纤长度在4～15m 之间取值。 仿真模型中，掺铒光纤选用Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/Erbium Doped Fiber；泵浦光源选用Default/Transmitters Library/Optical Sources/Pump Laser；泵浦光耦合器采用Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/ Ideal Mux。 ②设计思路： 设计参考反向泵浦EDFA 结构图，参考图如下：

根据下述实验原理，可知同向EDFA Pump Laser 位于与CW Laser 同向的合波器前，而光纤输出端则不设置。同理，双向EDFA就是两侧均放置了Pump Laser。 ③实验原理：掺铒光纤放大器EDFA 1、EDFA的结构和工作原理 图 1 给出了双向EDFA 的原理性光图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（EDF）。泵浦源用来提供能量；EDF 作为有源介质，提供反转粒子；波分复用器（WDM）的作用是将泵浦光和信号光混合，然后送入EDF 中，对它的要求是能将信号有效地混合而损耗最小；光隔离器（ISO）的作用是防止反射光对EDFA 的影响，保证系统稳定工作；滤波器的作用是滤除EDFA 的噪声，提高系统的信噪比（SNR），在两级宽带EDFA 中，它还起到增益平坦的作用。EDFA 的泵浦过程需要使用三能级系统（如图 2.3 所示）。实际上基态能级、亚稳态能级和泵浦能级受斯托克斯分裂（Stock Splitting）和热效应的影响，形成了一个近似联系的能带。由于亚稳态能级和基态能级具有一定的宽度，因此EDFA 的放大效应具有一定波长范围。在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3 +离子抽运到激发态，处于激发态的Er3 + 离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于Er3 +离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的Er3 +离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。Er3 + 离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射（ASE），它造成EDFA 的噪声。图1为EDFA 双向泵浦结构示意图。

光纤通信optisystem实验

光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案 供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下： 选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程： 本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：

光纤通信optisystem实验

光纤通信Zemax、optisystem实验 程佑梁 实验一Zemax仿真设计 实验目的 1．熟悉Zemax实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光学系统。 2．利用Zeamx的优化功能设计光学系统并使其系统的各项性能参数达到最优。 实验原理 启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化，即分为以下两个部分。 1、lens data editor 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。

运用Matlab实现光学中的几个傅立叶变换

运用Matlab 实现光学中的几个傅立叶变换 摘要：光学中的傅立叶变换具有难度高，抽象性大的特点，而Matlab 却具有强大的信号处理功能，结合光学中傅立叶变换、傅立叶级数、卷积定理的内容，通过Matlab 程序来体现 光学中几个傅里叶调动的直观演示。 关键词：傅立叶变换 Matlab 程序 傅立叶光学 1. 引言： 傅立叶变换的原理由正交级数的展开来完成，是将一个在时域收敛的函数展开成一系列不同频率谐波的叠加，从而达到解决周期性函数问题的目的。在此根底上实行变动，对非周期函数进行时频变更。 跟着科学技术的不停成长与发展，信号处理在人们生产生活中应允了越来越普遍的应用，其中，采用通信频域的方法比起经典的方法体现出越来越多的优点，当今，光学中傅立叶变换和信号处理成为信号分析与处理的一种非常重要的手段和工具。 Matlab 是数学计算过程中可以用到的一种数学工具，其中，电子计算机为应用数学管理实际问题创造了必不可少的物质条件，如今，在电子技术高度发达的数学领域，技术科学中最有研究价值的是数学研究领域，而数学领域中数值分析和数学建模成为了重点中的重点。 1. 光学傅立叶变换 光学傅立叶变动是光学中信息处理的根底，其中所运用的道理便是通过光学中透镜来实现傅立叶的变换效应,相干光的照射会使透镜L 后焦面上光场的复振幅分布即是位于透镜物体前焦面的复振幅函数F(x,y)的立叶变换F(u,v)。将两个傅立叶变换串联就构成了典型的4厂(厂为透镜焦距)光学处理系统：Ll 的前焦面称为输入平面或物平面,Ll 的后焦面与L2的前焦面重合,称为频谱面或傅立叶面,L2的后焦面为输出平面或像平面。待处理的图像信号可以是胶片或干板,也可以是空间光学调制器。相干光(激光)经准直后形成宽束平行光照射位于输入平面上振幅透过率为厂(x,y)的胶片(相当于灰度为厂(x,y)的图像),由于Ll 的傅立叶变换效应,在频谱面上形成图像的傅立叶空间频谱,经L2的再次变换(傅立叶逆变换)在像平面上则形成原图的反像。若在频谱面上设置适当的滤波器或相关器,就能实现对图像的各种处理,如设置高通、低通、带通或方向滤波器作高通、低通、带通或方向滤波；设置逆滤波器进行图像复原；以匹配滤波器(滤波器的复振幅透过率为特定信号空间频谱的复数共轭)或光学相关器实现图像的相关、匹配和目标检测。设计更复杂的光学处理系统还可以完成广义傅立叶变换、维纳变换、小波变换及神经网络等较复杂的处理运算 2. 傅里叶变换分析 由(,)g x y 表示物体的波动散布，相干的前提之下用(,g x y ）表现xy 平面上的复式振幅，那么其所对应的模便是每一个点对应点的振幅，辐角则代表每一个点的初相位，由g(,)x y 作傅里叶变换。

光纤通信仿真实验

光纤通信仿真实验 实验一光通讯系统WDM系统设计 一.实验目的 1. 了解光通讯系统WDM系统的组成； 2. 学会掌握使用optisystem 仿真软件； 二.实验原理 （1）WDM系统的基本构成 WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方 向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。 （2 ）双纤单向WDM系统的组成 以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。 1. 光发射机

光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大 输出。 2. 光中继放大器 经过长距离（80~120km ）光纤传输后，需要对光信号进行光中继放大， 目前使用的光放大器多数为掺铒光纤光放大器（EDFA）。在WDM系统中必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有相同的放大增益，并保证光信道的增益竞争不影响传输性能。 3. 光接收机 在接收端，光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道信号，采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道，接收机不但要满足对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。 4. 光监控信道 光监控信道的主要功能是监控系统内各信道的传输情况。在发送端插入本节点产生的波长为入s (1550nm )的光监控信号，与主信道的光信号合波输出。在接收端，将接收到的光信号分波，分别输出入s (1550nm )波长的光监控信号和业务信道光信号。帧同步字节、公务字节和网管使用的开销字节都是通过光监控信道来传递的。 5. 网络管理系统 网络管理系统通过光监控信道传送开销字节到其他节点或接收来自其他节点的开销字节对WDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等功能。 (3) OptiSystem 是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都使用。一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem 具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通