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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)

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图1

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图2

5.设置频谱分析仪属性

选中图表点击右键(如图3),选中“component properties”,出现频谱分析仪的属

性框(图4)。保存设置点击OK返回主窗口。

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图3

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图4

6.运算

在File中选中Calculate进行运算。运算界面如下。

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图5

运算后分别从示波器,频谱分析仪,光学时域观察仪器里观察。(如图5、6)

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图6

实验2 比较NRZ码与RZ码的带宽

一、实验目的

1、比较相同数据速率的NRZ码与RZ码的频谱图

2、比较相同数据速率的NRZ码与RZ码的带宽

二、实验过程

1、分别搭建发送NRZ码、RZ码电脉冲信号的系统(如图):比特序列发生器、码型脉冲发生器、示波器、RF射频频谱仪

2、码序列为伪随机码,设置数据速率为10Gbps,观察结果

3、码序列为伪随机码,设置数据速率为40Gbps,观察结果

4、将两种情形同时搭建在一起比较

三、实验结果

10GbpsNRZ码频谱图

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RZ码测试系统

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10GbpsRZ码频谱图

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图将两种情形同时比较的系统搭建码序列为伪随机码,设置数据速率为10Gbps

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码序列为伪随机码,设置数据速率为40Gbps

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实验3 比较数据速率不同的光脉冲的光谱

一、实验目的

1、比较数据速率不同的光脉冲信号的光谱

2、了解调制速率对光谱宽度的影响

二、实验过程

1、搭建发送Sech光脉冲的系统(如图):比特序列发生器、光脉冲码型发生器、光示波器、光谱仪。选择光载波频率193.1THz。

2、自定义光脉冲数据速率为10Gbps,观察结果

3、自定义光脉冲数据速率为40Gbps,观察结果

4、数据速率如果更低,结果会变化?

三、实验总结

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测试系统

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10Gbps光脉冲的光谱

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40Gbps光脉冲的光谱

自定义光脉冲数据速率为10Gbps

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自定义光脉冲数据速率为40Gbps

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实验4 光源外调制光纤传输系统

一、实验目的

1、掌握光源外调制光纤传输系统的搭建与仿真

二、实验过程

1、如图所示

2、光源选择连续光源,载波波长选择1550nm;调制器选择马赫-曾德尔调制器;信号选伪随机码

3、数据速率10Gbps或者40Gbps,码型NRZ或者RZ码

3、观察经过调制后的光谱与光源光谱的差别;观察传输后的结果。

三、实验总结

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系统搭建

经过调制后的光谱与光源光谱的差别

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实验5光纤传输系统性能测试:误码测试及眼图观察

一、实验目的

1、掌握传输系统性能测试的方法

2、掌握误码分析仪、眼图分析手段

二、实验过程

1、采用实验4的系统,增加码分析仪、眼图分析仪

2、数据设置如实验4,观察的结果

3、改变数据速率、改变传输距离,观察结果

三、实验总结

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误码分析结果和眼图分析结果(传输10km)

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实验6脉冲在光纤中的传输

一、实验目的

1、研究光脉冲在光纤中的传输规律

二、实验要求

1、传输光纤为G.652光纤;工作波长选择1550nm;

2、研究非啁啾高斯脉冲在G.652光纤中的传输规律;研究啁啾参量对脉冲传输的影响;

3、将高斯脉冲改为sech脉冲(双曲正割脉冲),其他参量不变,与高斯脉冲比较实验结果

三、实验过程

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系统搭建

*系统搭建简便方法:直接从OptiSystem安装文件目录中调取

直接从OptiSystem安装文件目录/Optiwave Software/Optisystem/samples/Optical fibers/ Combined effects of GVD and SPM Gaussian pulse propagation/

Gaussian_pulse_SPM_and_GVD

1、用户自定义比特序列发生器(User Defined Bit Sequence Generator)参数设置:

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2、全局变量参数设置:双击Layout中所搭建的系统空白的地方,将弹出变量参

数设置图,将Bit rate 设置为40Gbps,即40 000000000Bits/s,其他参数如下图所示。

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3、光纤色散设置为16.75ps/nm/km,长度自己定义。

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4、双击高斯脉冲发生器,设置工作波长设置为1550nm,并可进行啁啾参量设置。

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输入脉冲波形和输出脉冲波形

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6、改变参量,比较实验结果,总结实验规律

实验7 利用色散补偿光纤进行色散补偿

一、实验目的

1、验证利用色散补偿光纤进行色散补偿的原理

二、实验要求

1、传输光纤为G.652光纤;工作波长选择1550nm;色散值为D1=16.75ps/nm/km;光纤长度自定义L1

2、根据传输光纤的长度,自定义设置色散补偿光纤的色散值D2与长度L2,观察色散补偿效果;验证获得最佳色散补偿效果时,应满足D1L1+D2L2=0。

3、如果实现完全色散补偿的条件不满足,将出现过补偿或欠补偿现象。即如果色散补偿光纤长度过长、色散过大,将出现过补偿现象;否则将出现欠补偿现象;请进行验证。

三、实验过程

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分别为初始脉冲,经过传输光纤后脉冲展宽的情形经过色散补偿光纤后的获得色散补偿的脉冲

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实验8光纤中的自相位调制效应

一、实验目的

1、验证高功率、窄脉冲在光纤中传输的自相位调制效应

二、实验要求

1、改变入射光脉冲的峰值功率、入射光脉冲的宽度、光纤长度、光纤色散等参量,观察光纤中的自相位调制效应的规律

三、实验过程

*系统搭建直接从OptiSystem安装文件目录中调取:

直接从OptiSystem安装文件目录/Optiwave Software/Optisystem/samples/Optical fibers/SPM induced spectral broadening/SPM_unchirped_Gaussian_pulse

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结果示例:

光纤输入端初始脉冲的光谱,和通过光纤传输后,输出脉冲的光谱

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实验9光纤中的拉曼放大效应

一、实验目的

1、验证光纤中的拉曼放大效应

二、实验要求

1、改变泵浦光的功率、改变信号光的波长、信号光的入射功率,观察拉曼放大的规律

三、实验过程

*系统搭建直接从OptiSystem安装文件目录中调取:

直接从OptiSystem安装文件目录/Optiwave Software/Optisystem/samples/Optical fibers/Scalar Raman amplification/Scalar Raman amplification

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结果示例:

输入光纤的泵浦光和信号光,和光纤输出端

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实验10光纤中的光孤子传输

一、实验目的

1、验证光纤中的形成光孤子的原理

光纤中光孤子形成的条件是,入射光脉冲为sech波形,光脉冲峰值功率足够高,工作波长为光纤的反常色散区。当自相位调制效应与光纤的色散效应相平衡,将使得光脉冲传输过程中保持波形不变,尽管光纤有色散,光脉冲却不会发生展宽,这就是基态光孤子。

二、实验要求

1、观察形成光孤子时,了解光脉冲的参数,光纤的参数;改变光纤长度观察脉冲波形;

2、了解什么是基态光孤子、什么是高阶光孤子;观察基态光孤子与高阶光孤子的传输有什么异同

三、实验过程

*系统搭建直接从OptiSystem安装文件目录中调取:

直接从OptiSystem安装文件目录/Optiwave Software/Optisystem/samples/Solitons and soliton systems/Solitons/Fundamental and higher order solitons/Fundamental and higher-order (N=2_&_N=3) solitons

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输入光纤的初始光脉冲波形和经过光纤传输后的光脉冲波形

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