无源光通信器件课程设计2
光通信 之光无源器件
• 光无源器件是光路的重要组成部分。 • 光无源器件与电无源器件有许多相似之 处，电无源器件如插头、开关、电容、 电阻、电感等，是电路的重要组成部分。 常见的光无源器件有光纤连接器、光波 分复用器、光衰减器、光隔离器、光耦 合器、光开关等。
本章主要内容
1 2 3 4 光纤活动连接器 光衰减器 光波分复用器 其他无源器件
■对光无源器件的普通要求：
插入损耗小 工作温度范围宽 性能稳定、寿命长 体积小 价格便宜 便于集成
1 光纤活动连接器
■连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸连接的器件。 （活动连接） ●主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输 入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。
■接头是实现光纤与光纤之间的永久性连接。 （固定连接） ●主要用于光纤线路的构成作原理
■固定衰减器的结构：
在光纤的端面上或两个端面之间涂覆一层 衰减膜。
■固定衰减器的工作原理
吸收一部分光，使其产生衰减作用，即在 光线轴线上设置一种半透明的掺杂物质，即衰减 膜，以便吸收带内的光，产生衰减。
■可变光衰减器的工作原理： ●步进式： 准直器和两个衰减盘 可以产生十档的衰减量 ●连续式： 透镜、步进衰减圆盘、连续可 调衰减片 可连续均匀的改变张角，即改变其对光 的吸收量，产生连续可调的衰减量
光开关
■光开关功能：转换光路，实现光交换 ●机械光开关： ≯优点：插损小，串扰小，适合各种 光纤，技术成熟。 ≯缺点：开关速度慢。 ●固定光开关： ≯优点：开关速度快。 ≯缺点：插损大，串扰大，只适合 单模光纤。
光波长转换器
■功能：光信号转换成电信号，放大电信号， 调制成所需的波长 ●光电型波长转换器 光信号转换成电信号，放大电信号， 调制成所需的波长 ●全光型波长转换器 由半导体光放大器SOA组成
光通信课程设计
光通信课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解光通信的基本原理，掌握光纤通信、激光通信等主要光通信技术；2. 了解光通信技术在现代通信领域的应用和发展趋势；3. 掌握光通信系统中主要设备的功能和原理。
技能目标：1. 能够分析光通信系统的基本构成和性能指标，进行简单的系统设计和优化；2. 学会使用光通信实验设备，进行基本的光信号发送、接收和传输实验；3. 能够运用所学知识解决实际光通信问题，具备一定的创新能力和实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光通信技术的好奇心和探究精神，激发学习兴趣；2. 增强学生的团队合作意识，培养沟通协调能力；3. 提高学生对我国光通信事业的自豪感，树立为国家通信事业做贡献的信念。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和学生实际，以实用性为导向，注重理论与实践相结合。
通过本课程的学习，使学生不仅掌握光通信的基础知识，还能培养实际操作能力和创新思维，为未来的学习和发展奠定基础。
同时，课程强调情感态度价值观的培养，引导学生形成积极向上的科学态度和爱国情怀。
课程目标分解为具体的学习成果，以便后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 光通信基本原理- 光的传播特性- 光的发射与接收- 光纤的基本结构和工作原理2. 光通信技术及应用- 光纤通信技术- 激光通信技术- 无线光通信技术- 光通信在现代通信领域的应用案例3. 光通信系统设备- 光源- 光探测器- 光纤- 光放大器- 光调制解调器4. 光通信系统设计与优化- 系统性能指标- 系统设计方法- 系统优化策略5. 实践操作与实验- 光信号发送、接收实验- 光纤连接与测试- 光通信系统搭建与调试本教学内容根据课程目标制定，涵盖光通信基本原理、技术及应用、系统设备、设计与优化以及实践操作与实验等方面，确保内容的科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容安排和进度，与教材章节相对应，包括：- 第一章：光通信基本原理（第1-3节）- 第二章：光通信技术及应用（第4-6节）- 第三章：光通信系统设备（第7-9节）- 第四章：光通信系统设计与优化（第10-12节）- 第五章：实践操作与实验（第13-15节）三、教学方法针对光通信课程特点，采用以下多样化的教学方法，以激发学生学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 用于光通信基本原理、系统设备等理论知识的传授，通过教师清晰、生动的讲解，帮助学生建立扎实的理论基础。
光通信：第04章常用光无源器
光隔离器的应用场景
光隔离器是一种用于防止光信 号反方向传输的无源器件，主 要用于光纤放大器和激光雷达 等光通信系统。
在光纤放大器中，光隔离器可 以防止反向传输的光信号对放 大器的工作产生干扰，提高系 统的稳定性。
在激光雷达中，光隔离器可以 防止反向传输的光信号对激光 源的工作产生干扰，提高系统 的测量精度。
光通信第04章常用光无源器
contents
目录
• 光无源器件概述 • 常用光无源器件 • 光无源器件的工作原理 • 光无源器件的应用场景 • 光无源器件的挑战与解决方案
01 光无源器件概述
定义与分类
定义
光无源器件是指那些在光通信网络中 ，不需要外部电源直接驱动，只起到 传输、控制或变换光信号作用的器件 。
光衰减器的工作原理
光衰减器是一种用于降低光信号 强度的器件，它可以通过吸收或 散射等方式将光信号能量损耗掉
一部分。
光衰减器通常由光学玻璃、陶瓷 等材料制成，其结构可分为均匀
损耗和渐变损耗两种类型。
光衰减器在光通信系统中主要用 于调整光信号的功率、测试光路 的损耗以及保护光接收器件等。
光分路器的工作原理
光环形器的应用场景
光环形器是一种用于实现光信 号环形传输的无源器件，主要 用于光纤传感和激光雷达等光
通信系统。
在光纤传感中，光环形器可 以将多个传感光纤环形连接 在一起，实现多点同时测量
和数据采集。
在激光雷达中，光环形器可以 将多路激光信号环形连接在一 起，实现多目标同时测量的功
能。
05 光无源器件的挑战与解决 方案
应用
WDM系统等领域。
03 光无源器件的工作原理
光纤连接器的工作原理
光纤连接器是用于连接两根光纤的器件，通过精确对准光纤的纤芯和包层，实现光 信号的传输。
《光无源器件》课件
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目录 /目录
01
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04
光无源器件的 应用场景
02
光无源器件概 述
05
光无源器件的 市场分析
03
光无源器件的 原理与技术
06
光无源器件的 挑战与前景
01 添加章节标题
02 光无源器件概述
性能参数
光功率：表示光无源器件的输出光功率 光损耗：表示光无源器件的损耗程度 光隔离度：表示光无源器件的隔离性能 光稳定性：表示光无源器件的稳定性能
0应用
光纤通信：光无源 器件在光纤通信系 统中的应用广泛， 如光纤耦合器、光 纤分路器等。
光传输系统：光无 源器件在光传输系 统中的应用，如光 放大器、光调制器 等。
定义与分类
光无源器件：指在光通信系统中，不需 要外部电源即可工作的器件
分类：根据功能不同，可以分为光分路 器、光隔离器、光耦合器等
光分路器：用于将光信号分成多路，实 现光信号的分配和复用
光隔离器：用于防止光信号的反射和回 波，保证光信号的传输质量
光耦合器：用于将光信号从一个光纤传 输到另一个光纤，实现光信号的耦合和 分离
市场需求：光无源器件的市场需求尚未完全打开，需要加大市场推广力度 政策支持：政府对光无源器件产业的政策支持力度有待加强，需要争取更 多的政策支持
技术创新与突破方向
提高光无源器件的性能和稳定 性
降低光无源器件的成本和功耗
开发新型光无源器件，如光子 晶体、光子集成电路等
研究光无源器件在5G、物联网、 人工智能等领域的应用
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《光纤通信》第3讲无源光器件
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《光纤通信》第3讲无源光器件
•回忆一下：光偏振(极化) • 单模光纤中传输的光的偏振态(SOP：State of Polarization) 是在垂直于光传输方向的平面上电场矢量的振动方向。
• 在任何时刻，电场矢量都可以分解为两个正交分量，这两 个正交分量分别称为水平模和垂直模。
•隔离器工作原理如下图所示。 • 这里假设入射光只是垂直偏振光，第一个偏振器的透振方 向也在垂直方向， 因此输入光能够通过第一个偏振器。
MF型连接器用于隧 （通）道里敷设光缆 的缆间接续中，可以 对带状5芯光纤进行一 次性连接，由于体积 小，可以装在标准接 头盒内，实现光纤的 高密度接续，其结构 如图所示。
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《光纤通信》第3讲无源光器件
二、光纤分路器及耦合器
l 图表示了波导型分支器的结构。它是一种Y型 分支，一根芯线一端输入的光可用它加以等分。 当分支器分支路的开角增大时,向包层中泄露的光 将增多以致增加了过剩损耗。开角一般在1°～ 2°左右，因此分支器的长度不可能太短。
《光纤通信》第3讲无源光器件
光纤很细，单模光纤的纤芯直径要在10um以下， 因此熔接必须使用机器才行。良好的接续是指在接 续点上没有光传输的不连续现象。
下图中示出了纤芯不连续的几种典型状态，有 轴错位、纤芯倾斜、空隙、端面倾斜和纤芯直径及 折射率的微小差异等等。由于这些不连续性，也会 造成光功率的一部分变成散射损耗，或以反射波形 式返回发送端。有空隙时，因玻璃纤维和空气折射 率的差异，也会引起反射，此现象又称菲涅耳（ Fresnel）反射。
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《光纤通信》第3讲无源光器件
l
FC型(平面对接型)连接器是由连接插头、插座组成，其
光无源器件原理与实验
光无源器件原理与实验光纤是一种光无源器件，它由一种具有相对较高折射率的芯部和一种具有较低折射率的包层组成。
光纤的原理是通过光在高折射率的芯部中的全反射，实现对光信号的传输。
光纤可以实现长距离的光信号传输，具有低损耗、大带宽等优点，在通信和光学传感领域得到了广泛应用。
衍射光栅是另一种光无源器件，它是一种用于分光和光谱分析的重要元件。
衍射光栅的原理是基于光波在光栅的周期性结构上产生衍射，从而实现对不同频率光的分散。
光栅的间距和结构决定了分光的波长范围和分辨率。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光通信设备等领域。
光栅耦合器是一种用于实现光纤与光波导之间能量传输和耦合的器件。
它利用光在光波导和光纤之间的耦合效应，将输入的光信号有效地耦合到输出的光波导中。
光栅耦合器的原理是通过在光波导中制作周期性的折射率变化，实现对光信号的散射和耦合。
光栅耦合器在集成光学芯片、光通信和光数据处理等领域得到了广泛应用。
光波导是一种用于实现光信号传输和调制的光无源器件。
它由具有较高折射率的光波导芯片和具有较低折射率的包层构成。
光波导的原理是通过光波在光波导芯片中的传播实现对光信号的传输和调制。
光波导可以根据其结构和材料的不同，实现对光波的分导、合并和调制等功能。
光波导广泛应用于光通信、光传感和集成光学芯片等领域。
实验上，研究光无源器件的原理和性能可以采用多种方法。
例如，使用光纤传输系统可以实现对光纤传输性能的测量和优化。
利用干涉仪等实验装置可以研究衍射光栅的性质和应用。
通过光栅耦合器的制作和测试可以了解其耦合效率和性能特点。
利用微纳加工技术可以制备光波导芯片，并通过波导损耗测试和光调制实验等方法研究其性能和特性。
综上所述，光无源器件是利用光学原理实现光传输、分光、耦合和调制等功能的重要器件。
研究光无源器件的原理和实验有助于深入了解和优化其性能，为光通信、光传感和集成光学芯片等领域的应用提供技术支持。
光通信无源器件技术
随着人工智能和机器学习技术的发展，智能化技术在光通信无源器件中 的应用逐渐增多。例如，通过机器学习算法优化器件性能、预测器件寿 命等。
未来发展前景与展望
高带宽、低损耗
随着通信速率的不断提升，光通信无源器件将朝着高带宽、低损耗的方向发展。这将有助 于提高光通信系统的传输效率和可靠性。
小型化、集成化
具有较强实力和市场份额。
这些厂商主要提供光分路器、光 耦合器、光隔离器等光通信无源
器件产品。
此外，还有一些专业从事光通信 无源器件研发和生产的小型厂商。
市场竞争格局
华为、中兴通讯、爱立信等大 型通信设备厂商在光通信无源 器件市场上占据主导地位。
这些厂商通过技术创新、规模 效应和品牌优势，不断提高市 场份额和竞争力。
隔离度
插入损耗是指光通信无源器件引入的光信 号损失。较低的插入损耗可以提高信号传 输质量和降低系统能耗。
隔离度用于衡量光通信无源器件对不同光 信号的隔离能力。较高的隔离度可以降低 信号串扰和噪声干扰。
带宽
稳定性
带宽是指光通信无源器件的工作频率范围 。较宽的带宽可以提高光通信系统的传输 速率和容量。
稳定性是指光通信无源器件在工作过程中 性能参数的变化情况。良好的稳定性可以 提高光通信系统的可靠性和稳定性。
03
光通信无源器件的应用场景
长距离通信网络
总结词
长距离通信网络是光通信无源器件技术的重要应用领域，主要用于骨干网、核心网等高速、大容量的 信息传输。
详细描述
在长距离通信网络中，光通信无源器件如光分路器、光耦合器等用于实现光信号的分路和合路，延长 传输距离并提高传输容量。此外，光衰减器、光隔离器等器件也用于调节光信号的强度和防止光信号 的反射。
光通信技术课程设计
光通信技术课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握光通信技术的基本原理、设备和应用，培养学生的科学素养和创新能力，提高学生的实践操作能力，使学生在学习过程中形成良好的情感态度和价值观。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解光通信技术的基本概念、发展历程和应用领域；（2）掌握光通信系统的基本组成、工作原理和主要设备；（3）了解光通信技术在我国的发展现状和前景。
2.技能目标：（1）能够分析光通信系统的基本性能指标；（2）具备简单的光通信设备操作和维护能力；（3）能够运用光通信技术解决实际问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对光通信技术的兴趣和好奇心，激发学生学习科技的内在动力；（2）培养学生团结协作、勇于创新的精神风貌；（3）使学生认识到光通信技术在现代社会中的重要性，提高学生对科学技术的敬畏之心。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括光通信技术的基本概念、系统组成、工作原理、设备及应用等。
具体安排如下：1.光通信技术的基本概念：光的传播原理、光信号的产生与检测；2.光通信系统的组成：光源、光纤、光接收器等；3.光通信技术的工作原理：光信号的传输、放大、调制和解调；4.光通信设备：光发射器、光接收器、光放大器等；5.光通信技术的应用：通信系统、网络、光纤传感器等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
具体应用如下：1.讲授法：用于讲解光通信技术的基本概念、原理和设备；2.讨论法：引导学生探讨光通信技术的发展趋势和应用前景；3.案例分析法：分析实际光通信系统的工作过程，提高学生解决实际问题的能力；4.实验法：让学生动手操作光通信设备，培养学生的实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的光通信技术教材；2.参考书：提供相关领域的经典著作和最新研究成果；3.多媒体资料：制作精美的教学课件、视频和动画；4.实验设备：配置齐全的光通信实验装置，确保学生能够进行实践活动。
光波系统的无源器件课件完整版
4.2.1 光纤连接器分类
裸光纤转接器：将裸光纤与光源、探测 器以及各类光仪器进行连接旳器件，称 为裸光纤转接器。裸光纤与裸光纤转接 器使用时可互相连接；用完后，可以将 裸光纤抽出它用。因此彼此是可以结合 和分离旳。
4.2.1 光纤连接器分类
光纤连接器按传播媒介旳不一样可分为单模光 纤连接器和多模光纤连接器；按构造类型旳不 一样可分为FC、SC、ST、MU、LC、MT等多种型 式；按连接器旳插针端面接触方式可分为FC、 PC（UPC）和APC；尚有按光纤芯数旳多少分， 有单芯光纤连接器和多芯光纤连接器。不管何 种连接器，都必须具有损耗低、体积小、重量 轻、可靠性高、便于操作、反复性和互换性好 以及价格低廉等长处。
光纤 插针 套筒
插针 光纤 锥体插针 双锥套筒
锥体插针
(a)
(b)
图5-1 对接耦合式光纤连接器内部结构 ( a )套管结构 ( b ) 双锥结构
（2）SC（矩形）光纤连接器
是一种直接插拔耦合式连接器，不用旋转，可 自锁和启动，为非螺旋卡口型。它旳外壳是矩 形构造，采用模塑工艺制作，用增强旳PBT旳 内注模玻璃制造。插针套管是氧化锆整体型， 将其端面研磨成凸球面。插针体尾入口是锥形 旳，以便光纤插入到套管内。SC矩形光纤连接 器可以是单纤连接器也可以是多纤连接器，单 纤外形构造图参见图和图所示。该器件特点是 不需要螺纹连接，直接插拔，操作空间小，非 常适合于密集安装状态下使用，如光纤配线架， 光端机，以及局域网、顾客网等。按其插针端 面形状也分为平面接触SC、球面接触旳SC/PC 和斜球面接触旳SC/式对光纤连接性能影响很大。由于存在
公差，平面型接触旳两端面会有空隙，因玻璃纤维和空气折射率旳不一样而 引起多次反射，这种反射称为菲涅尔（Fresnel）反射。菲涅尔反射既增长损 耗，并且反射回波将使光源输出不稳定，导致光脉冲波形畸变，增长误码率。
光通信无源器件技术
NTT：MMF，损耗 1dB/km—0.5dB/km， 1.3μm & 1.55μm Lincoln实验室：室温长波长InGaAsP/InP激光器
1981，1.3μm MMF 通信系统-第二代光通信系统.
2/02212//220/221
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第三代光纤通信系统
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主要应用
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网 DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H
光收发模块 光接入模块 光开关模块 光放大模块 信号处理
强弱 测试仪器的光功率衰减 光放大器的功率平坦 模拟光纤长距离传输 检测传输系统的动态范围。
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类型
固定光衰减器
可调光衰减器
位移型 光衰减片型
波导型
MEMS
光衰减器
2/02212//220/221
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ng n2(x)
xx0
2a,x0
a x 2
n0
x0d2axx0d2a xx0d2a,x0d2ax
n(x) ng x02 axx02 a,x0d2 axx0d2 a
n0
n0
x
其它位置 波导2
输入 x
波导1 输出
z=0
z=L
z=2L
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2光纤光学-无源器件ppt课件
最新课件
31
波分复用器/解复用器 （ Multiplexer / Demultiplexer ）
将不同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称 为复用器(也叫合波器)，反之，经同一传输光纤送来的 多波长信号分解为各个波长分别输出的器件称为解复用 器(也叫分波器)。
从原理上讲， 这种器件是互易的(双向可逆)，即只要将 解复用器的输出端和输入端反过来使用， 就是复用器。
光纤连接器一般性能
项目 插入损耗/dB 重复性/dB 互换性/dB 反射损耗/dB
寿命（插拔次数）
工作温度/ºC
型号或材料
PC型 APC型 不锈钢 陶瓷 不锈钢 陶瓷
最新课件
性能 0.2~0.3
0.1 0.1
>40 >60
10 3 10 4
-20~+70 -40~+80
13
光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches
最新课件
5
器件参数概念
插入损耗: (Insertion Loss)
光纤无源器件
回波损耗:（Return Loss）
隔离度 (Isolation)
最新课件
6
光纤无源器件
光连接器 Connector 光衰减器 Attenuator 光耦合器 Coupler 复用器、解复用器 Multiplexer / Demultiplexer 光隔离器 Isolator 环行器 Circulator 光起偏器Polarizer 偏振控制器 Polarization Controller 滤波器 Filter 光开关 Switches
无源光通信器件课程设计2
《无源光通信器件》课程期末设计题目——不同外调制器对光纤通信传输系统的影响分析姓名所在学院专业班级学号指导教师2012年1月Lightsim仿真设计报告一、设计名称不同外调制器对光纤通信传输系统的影响分析二、设计目的通过多种不同外调制器去调制CW激光器，分析在各种外调制器的作用下其对光纤通信传输系统的性能影响。
三、设计原理CW Laser（continuous-wave laser）为提供连续光束输出的激光器，需要添加外调制器才能使其适用于信号传输。
本Lightsim（又名PC-simfo）软件中可用的调制器有MZ马赫曾德干涉仪调制器，Electro-Absortive OM，Directional Coupler OM，Y fed Coupler OM 等光调制器。
我们利用Lightsim中提供的上述4种调制器去调制CW激光器，通过设定在相同的参数环境状态下，分别传输等周期的高频脉冲序列信号和简单的比特序列数字信号，对其的传输性能结果进行分析，从而对分析在各种调制器下对光纤通信传输系统的性能影响，从理论上对这几种外调制器的性能及适用范围条件作简要分析。
四、软件设计内容及分析1. Lightsim仿真系统的各模块构成基本组成如下所示传输等周期的高频脉冲序列信号时分别有脉冲方波、幅度调制器、CW Laser、单模线性光纤、EDFA放大器、光电接收管。
设定该模拟仿真环境的初始参数为脉冲方波输出比特率2.5e08 bit/s ，波形幅度为0.035V ，脉冲形式为非归零码，AM幅度调制器为带载波信号，幅度1V，频率为60MHz，光纤衰减率为0.55dB/km ，长度为15km，对应传输波长为1550nm，零色散波长为1310nm，延时为15ps/nmkm，耦合损耗为5dB，EDFA放大器的对应增益波长为1550nm ，增益为30dB。
系统的持续运行时间设定为 2.5e-07s，同时选择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。
光通信系统课程设计
光通信系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解光通信系统的基本概念、组成原理及工作方式；2. 掌握光纤的类型、特性以及在不同光通信系统中的应用；3. 了解光发射器、光接收器的工作原理及其在光通信系统中的作用；4. 熟悉光通信系统中常用的信号调制、解调技术及其特点。
技能目标：1. 能够分析光通信系统的性能指标，并进行简单的系统设计；2. 学会使用光功率计、光纤熔接机等实验设备，进行光通信实验操作；3. 能够运用所学知识，解决实际光通信系统中的简单问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对光通信技术及其应用的兴趣，激发学生的创新精神；2. 增强学生的团队合作意识，培养学生在实验、讨论等环节的沟通协作能力；3. 使学生认识到光通信技术在现代社会中的重要性，增强学生的社会责任感。
本课程针对高中年级学生，结合光通信系统的知识深度，旨在培养学生的理论知识和实践技能。
课程性质为理实一体化，注重理论教学与实验操作的相结合。
在教学过程中，关注学生的个体差异，充分调动学生的主观能动性，确保课程目标的实现。
通过本课程的学习，使学生具备光通信领域的基本素养，为后续相关课程的学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 光通信系统概述- 光通信的发展历程- 光通信系统的基本组成与分类- 光通信系统的优缺点分析2. 光纤与光缆- 光纤的类型、结构及特性- 光缆的组成、分类及应用- 光纤的传输原理及损耗因素3. 光发射器与光接收器- 光发射器的工作原理与性能指标- 光接收器的工作原理与性能指标- 常见光发射器与光接收器的类型及应用4. 光通信信号调制与解调技术- 光通信信号的调制方法- 常见光调制技术的原理与特点- 光解调技术的实现方法及性能指标5. 光通信系统性能分析及实验操作- 光通信系统性能指标及其计算方法- 光通信实验设备的认识与操作- 光通信实验项目的设计与实施本教学内容依据课程目标，结合教材章节进行组织，注重科学性和系统性。
无源光通信器件课程设计
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。
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《无源光通信器件》课程期末设计题目——不同外调制器对光纤通信传输系统的影响分析姓名所在学院专业班级学号指导教师2012年1月Lightsim仿真设计报告一、设计名称不同外调制器对光纤通信传输系统的影响分析二、设计目的通过多种不同外调制器去调制CW激光器，分析在各种外调制器的作用下其对光纤通信传输系统的性能影响。
三、设计原理CW Laser（continuous-wave laser）为提供连续光束输出的激光器，需要添加外调制器才能使其适用于信号传输。
本Lightsim（又名PC-simfo）软件中可用的调制器有MZ马赫曾德干涉仪调制器，Electro-Absortive OM，Directional Coupler OM，Y fed Coupler OM 等光调制器。
我们利用Lightsim中提供的上述4种调制器去调制CW激光器，通过设定在相同的参数环境状态下，分别传输等周期的高频脉冲序列信号和简单的比特序列数字信号，对其的传输性能结果进行分析，从而对分析在各种调制器下对光纤通信传输系统的性能影响，从理论上对这几种外调制器的性能及适用范围条件作简要分析。
四、软件设计内容及分析1. Lightsim仿真系统的各模块构成基本组成如下所示传输等周期的高频脉冲序列信号时分别有脉冲方波、幅度调制器、CW Laser、单模线性光纤、EDFA放大器、光电接收管。
设定该模拟仿真环境的初始参数为脉冲方波输出比特率2.5e08 bit/s ，波形幅度为0.035V ，脉冲形式为非归零码，AM幅度调制器为带载波信号，幅度1V，频率为60MHz，光纤衰减率为0.55dB/km ，长度为15km，对应传输波长为1550nm，零色散波长为1310nm，延时为15ps/nmkm，耦合损耗为5dB，EDFA放大器的对应增益波长为1550nm ，增益为30dB。
系统的持续运行时间设定为 2.5e-07s，同时选择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。
传输简单的比特序列数字信号时，分别有比特序列信号源、方波脉冲、、CW Laser、单模线性光纤、光电接收管。
比特序列信号源的设定如下：脉冲波形生成器的设定如下：由于传输的信号序列简单，故时间上设为2.5e-09s，以降低复杂性。
2. 利用MZ外调制器接下来分别对各模块运行后得到的波形进行分析，传输等周期的高频脉冲序列信号时，在上面设定的参数情况中得到的各运行结果图如下。
幅度调制器输出的波形和激光器的输出波形分别如下：经过MZ外调制器后的得到的波形和经过光纤传输后的波形：经过EDFA放大器后的波形和最后接收器输出的波形如下：从以上结果可以发现，利用MZ干涉仪调制器的输出波形存在较大的失真，使得最后信号在接收器的波形基本上无法看出原始信号的状态，所以这种情况下的通信性能效果非常差。
传输简单的比特序列数字信号时，被传输的比特信号和经过MZ外调制器后的得到的波形：可见MZ外调制器并不能有效地按照调制信号对传输的光信号进行整形，在此时基本不能再还原到原始的信号。
经过光纤传输后的波形：由于经光纤传输后的波形一般与光调制器的输出波形有着高度的相似性，故在以后不再列出经光纤传输后的波形。
最后接收器输出的波形：此时接收器接收到信号很差。
3. 利用Electro-Absortive外调制器接下来利用Electro-Absortive OM替换MZ干涉仪调制器，此时的系统模块构成图如下，在保持原来各个参数不变的情况下，再次运行仿真系统，进而可以得到各个波形的示意图如下，由于模块间的波形具有一定的重复性，故只给出AM调制信号波形，调制器输出波形和光电接收管接收生成波形，以方便我们进行分析比较。
幅度调制器输出的波形和经过Electro-Absortive外调制器输出的波形：最后接收器输出的波形：利用Electro-Absortive OM 外调制器时，其调制结果输出极好，与原始信号波形达到非常高的一致性，只是受到了少许调制信号中的噪声干扰，且其受信号干扰的程度与调制信号有着相同的趋势，可见其适用于模拟信号的调制。
在光电接收管方面，开始时由于接收管的不稳定性，电平出现少许的漂移，但在2e-07s后，信号已达到稳定的接收。
传输简单的比特序列数字信号时，基本组成如下。
被传输的比特信号和经过Electro-Absortive外调制器输出的波形：经过Electro-Absortive外调制器输出的信号与原调制信号高度相符。
最后接收器输出的波形：可见，此时Electro-Absortive外调制器的调制效果很好。
4. 利用Directional Coupler外调制器接下来利用Directional Coupler OM替换Electro-Absortive OM制器，此时的系统模块构成图如下，在保持原来各个参数不变的情况下，再次运行仿真系统，进而可以得到各个波形的示意图如下，由于模块间的波形具有一定的重复性，故只给出AM调制信号波形，调制器输出波形和光电接收管接收生成波形，以方便我们进行分析比较。
幅度调制器输出的波形和经过Directional Coupler外调制器输出的波形：最后接收器输出的波形：利用Directional Coupler外调制器时，波形的形状与原始信号基本一致，可以发现调制输出信号的频率比原始调制信号的频率要高，且应该为原始信号频率的两倍，这样在光电接收管方面都能够检测到两倍频率的信号，这样的信号通过利用合理的电路处理技术可以得到更好的效果。
传输简单的比特序列数字信号时，组成如下。
被传输的比特信号和经过Directional Coupler外调制器输出的波形：经过Directional Coupler外调制器的信号与原被传输信号刚好反相。
最后接收器输出的波形：最后得到的结果都有着反相的效果，需要外加一反相器再得到原来的信号，但其调制效果还是非常好。
5. 利用Y fed Coupler外调制器接下来利用Y fed Coupler OM替换Directional Coupler OM调制器，此时的系统模块构成图如下，在保持原来各个参数不变的情况下，再次运行仿真系统，进而可以得到各个波形的示意图如下，由于模块间的波形具有一定的重复性，故只给出AM调制信号波形，调制器输出波形和光电接收管接收生成波形，以方便我们进行分析比较。
幅度调制器输出的波形和经过Y fed Coupler外调制器输出的波形：最后接收器输出的波形：利用Y fed Coupler外调制器时，可以看出输出信号的周期性基本一致，但其波形存在一定的误差，可能会造成其中一半的信号不能被正常检测出来，增大了检测电路的难度。
传输简单的比特序列数字信号时，基本组成如下。
被传输的比特信号和经过Y fed Coupler外调制器输出的波形：其调制效果与Directional Coupler的效果一致，有着反相的调制特性。
最后接收器输出的波形：最后得到的结果其信号出现少许的波动，即受到干扰噪声的影响大。
6. 比较一下各个外调制器的光电接收器结果统计数据6.1 MZ外调制器Received optical power：(通过连接Signal Statistics模块获取) Pmed (signal) = 8.0108 dBmP (ASE) = -INF dBmPhotogenerated noise powers:P (shot-signal) = -89.8385 dBmP (shot-ASE) = -INF dBmP (signal-ASE) = -INF dBmP (ASE-ASE) = -INF dBmPtotal (noise) = -89.8385 dBmIrms (signal) = 9.6757 dBm (9.28 mA)Irms (noise) = -29.9193 dBm (0.001019 mA)SNR = 79.1898 dBOutput photodiode signal:P (thermal) = -43.7707 dBmVrms (signal) = 68.1043 dBm (6.463e+06 mV)Vrms (noise) = -INF dBm (0 mV)SNR = +INF dBfc = 1.592e+06 Hz6.2 Electro-Absortive外调制器Received optical power:Pmed (signal) = 4.7733 dBmP (ASE) = -INF dBmPhotogenerated noise powers:P (shot-signal) = -93.0760 dBmP (shot-ASE) = -INF dBmP (signal-ASE) = -INF dBmP (ASE-ASE) = -INF dBmPtotal (noise) = -93.0760 dBmIrms (signal) = 6.4667 dBm (4.433 mA)Irms (noise) = -31.5380 dBm (0.0007018 mA)SNR = 76.0094 dBOutput photodiode signal:P (thermal) = -43.7707 dBmVrms (signal) = 64.7757 dBm (3.003e+06 mV)Vrms (noise) = -INF dBm (0 mV)SNR = +INF dBfc = 1.592e+06 Hz6.3 Directional Coupler 外调制器Received optical power:Pmed (signal) = 5.0742 dBmP (ASE) = -INF dBmPhotogenerated noise powers:P (shot-signal) = -92.7752 dBmP (shot-ASE) = -INF dBmP (signal-ASE) = -INF dBmP (ASE-ASE) = -INF dBmPtotal (noise) = -92.7752 dBmIrms (signal) = 6.9615 dBm (4.968 mA)Irms (noise) = -31.3876 dBm (0.0007265 mA)SNR = 76.6982 dBOutput photodiode signal:P (thermal) = -43.7707 dBmVrms (signal) = 65.0752 dBm (3.218e+06 mV)Vrms (noise) = -INF dBm (0 mV)SNR = +INF dBfc = 1.592e+06 Hz6.4 Y fed Coupler 外调制器Received optical power:Pmed (signal) = 6.8042 dBmP (ASE) = -INF dBmPhotogenerated noise powers:P (shot-signal) = -91.0452 dBmP (shot-ASE) = -INF dBmP (signal-ASE) = -INF dBmP (ASE-ASE) = -INF dBmPtotal (noise) = -91.0452 dBmIrms (signal) = 7.0427 dBm (5.061 mA)Irms (noise) = -30.5226 dBm (0.0008866 mA)SNR = 75.1306 dBOutput photodiode signal:P (thermal) = -43.7707 dBmVrms (signal) = 66.8048 dBm (4.792e+06 mV)Vrms (noise) = -INF dBm (0 mV)SNR = +INF dBfc = 1.592e+06 Hz7. 小结通过比较得到，最后的信号接收平均功率从大到少依次为MZ8.0108 dBm、Y fed Coupler 6.8042 dBm、Directional Coupler 5.0742 dBm、Electro-Absortive 4.7733 dBm。