图4.9未经过EDFA的16信道光谱图
图4.10为经过EDFA的光谱图（绿色曲线为存在的噪声）
5 光波分复用系统（WDM Systems）设计
5.1 光波分复用系统简介
光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。 波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。
5.1.1 光波分复用系统的结构
光波分复用系统一般有单向和双向两种结构，这里出一个单向8信道WDM点-点通信系统的示意图5.1。N个光发送机发送N个不同波长的光信号按一定的间隔排列，在复用器（MUX）中复合在一起送入到传输光纤信道中。在光接收机端，这N个波长光信号由解复用器（DEMUX）分离后送到相应的可调谐的光接收机。传输信道中间包括了诸如EDFA、光纤等各种元件。
图5.1 点-点的8信道WDM系统
5.1.2 WDM光通信结构组成
如图5.1所示，一般在WDM系统中的关键组件包括：
（1） 滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波
长通过。可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。
（2） 复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混
合的信号分离成单个波长供光接收机处理。一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。
5.2 波分复用系统（WDM）模型设计案例：阵列波导光栅波分复用器（AWG）的设计分析
5.2.1 设计目的
使用OptiSystem模拟仿真AWG波分复用系统，检测其波长选择性能。
5.2.2 原理简介
阵列波导光栅（AWG：Arrayed Waveguide Grating）波分复用器由输入输出波导、两个N?N平面波导星形耦合器及AWG构成，集成制造在Si或InP衬底上，该复用器的核心是AWG，它是一系列规则排列的波导，相邻波导间有一恒定的光程差ΔL，对波长为λ的信号，每个波导中产生一个相对相移2πΔL/λ，因此AWG相当于一个相位光栅，所以可以进行波长选择。
N?N平面波导星形耦合器将所有输入波导中的光辐射到中间的自由空间区域，然后再将它们耦合到所有的输出波导中。自由空间区域的形状用天线理论和傅立叶光学原理设计。 在AWG波分复用器中，输入光信号先辐射进第一个平面波导区，然后激励阵列波导，传输通过阵列波导后，光束在第二个平面波导区的焦点上产生相长性干涉，焦点位置决定于信号波长λ，结果在特定的端口输出。当波长不同时，焦点位置不同，输出的端口也不同。
5.2.3 模型设计布局图
图5.1 AWG WDM系统设计布局图
上图5.1为阵列波导光栅波分复用器。其设计主要调用了由OptiBPM提供的WDM_Phasar设计的AWG元件。
运行编译后，我们可以使用OSA直接观察从AWG解复用出来的各个信道信号。如图5.2所示，为信道1的光谱图。
图5.2 AWG信道1的谱图
而AWG的各信道透射谱可得到，如图5.3所示，从中我们可以了解到AWG波分复用器的性能。
图5.3 AWG透射谱
6 光波系统（Lightwave Systems）设计
6.1 光波系统简介
OptiSystem给用户最重要的功能便是对光通讯系统的模拟，仿真和优化。它把各种分立的有源、无源的元器件有机的组合起来，组成了不同类型、不同用途的光纤通讯系统与网络。 对一个光纤通信系统的基本要求是：
（1） 传输距离
（2） 要求的传输带宽及码率
（3） 系统的保真性（误码率BER、信噪比及失真等） （4） 可靠性和经济性
用户可以使用OptiSystem方便的设计光通讯系统的各种方案和模型。以解决实际应用中的各种具体问题。
6.2 模型设计案例：40G单模光纤的单信道传输系统设计 6.2.1 设计目的
在40G高速光纤通信系统中，最重要，也是最主要的问题就是系统中产生的线性色散问题，所以我们希望通过OptiSystem模型的建立，对真实情况下色散的问题进行模拟和解决，以期在实际应用中选择并达到最佳通信质量和性能。 6.2.2 设计原理
典型情况下，单模光纤在1.55μm时的β2=-20ps2/km传输导致的色散系数D为16ps/(nm.km) 。当系统的码率B = 40Gb/s时，TB=25ps，相应色散长度LD约为2.8km。 在对40Gb/s码率单模光纤中的归零型（RZ）和非归零型（NRZ）的传输过程中需考虑到：群速度色散、Kerr非线性效应导致的自相位调制，线性损耗、ASE噪声的周期性放大。具体的计算分析可见下节。 6.2.3 模型设计布局图
图6.1和6.2是分别针对RZ和NRZ型调制的布局设计图：
图6.1 RZ型调制的40Gb/s光波系统