zhangyifan 发表于 2023-12-1 09:59:26

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。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。
1.仿真任务本课程演示了在由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。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。
2.仿真步骤图1所示为光路图。
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图1.光路布局
图2是用于实现10 Gb/s传输的全局参数。
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图2.全局参数设置
图3为脉冲参数。
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图3 脉冲参数设置
我们设定:比特速率      B= 10 Gb/s → TB = 100 ps.序列长度      16 bits脉冲波长      λ= 1300 nmTFWHM = 20 ps    —> To = 0.567 TFWHM =11.34 ps输入峰值功率   21.7 mW
图4和图5显示了非线性色散光纤的参数。
图4.非线性色散光纤的Main参数
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图5.非线性色散光纤的Dispersion参数
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我们将设定长度为50 km、损耗为0.4 dB/km的SMF。
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注:不考虑群延迟和三阶色散的影响。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)。

图6.非线性色散光纤的Nonlinearities参数
对于Kerr非线性系数γ=n2ω0/cAeff,非线性折射率n2=2.6×10-20.https://img.jishulink.com/upload/202312/1a358f9ed8e3438782ae954df24ef548.png?image_process=/format,webp
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。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:——5.8 mW——光孤子峰值功率(功率不足)——27.1mW——考虑周期性放大的光孤子峰值功率(平均光孤子)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。
3.仿真结果图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。

图7.平均光孤子脉冲
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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。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。

图8.功率不足的脉冲模式
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。这节课演示了平均光孤子系统。它要求:1.满足绝热条件LA<LD;2.适当的脉冲峰值功率。
参考文献: G.P. Agrawal, “Applications of Nonlinear Fiber Optics”, Academic Press, 2001. G.P. Agrawal, “Fiber Optic Communication Systems”, 2nd Edition, John Wiley & Sons Inc., 1997.https://img.jishulink.com/upload/202312/d9c180e5ca444a36bac92829ebe9b080.jpg?image_process=/format,webp


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