Lightsim仿真设计说明书
——《无源光通信器件》课程设计
题 目
影响光纤通信传输系统的因素分析
姓 名 所在学院 专业班级 学 号 指导教师
2011年12月
影响光纤通信传输系统的因素分析
Lightsim仿真设计说明书
一、设计名称
影响光纤通信传输系统的因素分析
二、设计思路和目的
通过利用Lightsim软件对简单的光纤通信传输系统进行仿真，在保持整体传输系统模块及其参数不变的情况下，通过替换不同的激光器及其参数，同一激光器的多种调制方式输出，来分析总结光源的特性对传输系统的影响。然后简单地通过调整改变不同类型的调制信号、光纤类型、光放大器相对于光纤的位置，利用仿真得到的数据总结光传输系统中各部分因素对其传输质量的影响。
三、设计原理
Lightsim软件可供利用的激光器主要有Single-mode DFB，Multimode FP，CW Laser三种。DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。其采用模拟残留边带调幅（AM-VSB）信号（射频信号）直接调制激光二极管，使得光输出强度随着射频信号强度的变化而变化。
Multimode FP(Fabry-perot) Laser，为内置了法布里-珀罗谐振腔的激光器，产生多纵模输出。DFB laser 与 FP Laser 的区别是DFB Laser是在FP Laser的基础上采用光栅滤光器器件使得其只有一个纵模输出，两者均属于内调制激光器。
CW Laser (continuous wave laser)为连续产生相干光束的激光器，提供连续光束输出的激光器，其需要使用外调制器后用于光纤信号传输。
本软件可供利用的光调制器(OM)有Mach-Zender，Electro-Absortive，Directional Coupler，Y fed Coupler四种。
可供利用的光放大器有SOA (Semiconductor Optical Amplifier)为半导体光放大器，EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier)掺铒光纤放大器。SOA通过给器件加偏置电流时，使半导体增益物质产生粒子数反转，使电子从价带跃迁到导带，产生自发辐射，当外光场入射时会发生受激辐射产生信号增益。EDFA使用掺饵光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态，在信号光诱导下，产生受激辐射，形成对信号光的相干放大。
四、系统描述
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影响光纤通信传输系统的因素分析
仿真的光纤信号传输系统的基本模块组成如下图所示：
基本构成包括激光器(CW Laser)、光调制器(Mach-Zender OM)、比特序列信号源(bit Sequence)、NRZ/RZ方波脉冲源(Rectangular Source)、模拟信号源(Analog Source)、乘法运算器(Multiplication)、驱动器(Driver)、光衰减器(optical attenuator)、光纤(single-mode)、光放大器(EDFA)、光延时器(Time delay)、光接收器(Photodiode)等。其中光衰减器和光延时器用于表征各连接器间的插入损耗等，并非光纤通信传输系统所必须。
其中，采用振幅键控（ASK）调制的技术，其信号调制部分结构如下所示：
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影响光纤通信传输系统的因素分析
要调制的信号序列波形图和调制用的载波波形图分别如下：
则调制后的信号和经过驱动器的输出波形分别为：
将经过驱动器的输出波形直接作用于光调制器，可实现对光信号的调制。 经过多次仿真后，现设定一趋于实际的模拟仿真环境，其初始参数设定如下。 系统信号持续运行时间(Signal time duration)设定为5e-09s，同时勾选重载随机数生成器和总是计算所有模块选项以及在信号中添加噪声。
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比特序列信号源(bit Sequence)的传输比特序列设定如下，为1011010110：
NRZ/RZ方波脉冲源(Rectangular Source)的输出比特率2.5e+09 bit/s ，波形幅度为0.028V ，脉冲码型为非归零码(NRZ)。
模拟信号源(Analog Source)的输出比特率1e+10Hz，相当于输入信号频率的2倍，幅度为0.014V。
光衰减器(optical attenuator)的衰减系数为6dB。
光纤(single-mode)衰减率为0.5dB/km ，长度为15km，对应传输波长为1550nm，零色散波长为1310nm，延时为17ps/nmkm，耦合损耗为5dB。
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