光纤通信仿真

光纤通信仿真实验

光纤模型实验：自相位效应******

学号：*************

班级：1303班

指导老师：***

院系：计算机科学与技术学院

光纤模型实验：自相位效应

一、实验目的

1、通过进行本次实验，加深光纤结构以及特性的理解，通过实验现象的分析，结合理论知识获得进一步的认识。

2、本次实验是对自相位调制在脉冲传播上的模型进行模拟和验证，是基于光纤性质上的实验，通过本次实验，了解自相位效应的产生及影响，加深光纤相关知识的理解。

二、实验原理

1、光纤的色散特性

色散（Dispersion）是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传输时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。

1）模式色散

光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。

2)材料色散

含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。

3）波导色散

由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。

但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。

2、自相位调制

信号光强的瞬时变化引起其自身的相位调制,即自相位调制。

在单波长系统中光强变化导致相位变化时,自相位调制效应使信号频谱逐渐展宽。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。在光纤的正常色散区中,由于色散效应,一旦自相位调制引起频谱展宽,沿着光纤传输的信号将经历暂时的较大展宽。但在异常色散区,光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿,从而使信号的展宽小一些。

在一般情况下,SPM 效应只在高累积色散或超长系统中比较明显。受色散限制的系统可能不会容忍自相位调制效应。在信道很窄的多通道系统中,由自相位调制引起的频谱展宽可能在相邻信道间产生干扰。

在G.652光纤中的低啁啾强度调制信号的自相位调制效应将引起脉冲的压缩,但同时使传输光谱展宽。采用G.652光纤时,把信道设置在零色散波长附近将有利于减少自相位调制效应的影响。在长距离系统中,这种光纤可采用以适当间隔作色散补偿的方法来控制自相位调制效应的影响,当然,也可通过减少输入光功率的方法来减少自相位调制效应的影响。

经过自相位调制后，脉冲的波形（即：|E(z,t)|2=|E(z=0,t)|2）不受影响。而相位变化项ΦNL =|E(z=0,t)|2表明经过自相位调制后，脉冲的瞬时

频率相对原先载波的频率ω0已有所改变。频率改变量δω(t)由式子给出：

(3.3)

)(t t NL

∂=δφδω 该频率的改变和时间的关系导致了啁啾声的产生。

验证SPM效应，设计以下布局图

三、实验内容

1、按照预设电路，在仿真软件中找到相应组件并将电路组建完成。

2、设定实验中的原件参数如下：

此为全局参数

在非线性光纤的参数设定中，本次实验只针对自相位调制效应进行检测分析，所以可以禁掉其他非线性效应。

此为光纤参数

3、脉冲的峰值功率为10mW，光纤长度设为10km。

四、实验结果

从图中可以看到脉冲的波形保持不变，但由于自相位调制效应，产生了啁啾声。脉冲的前端红移，而后端蓝移。如果存在反常色散，则可能发生由于SPM的啁啾而导致脉冲波形会变窄。这说明SPM效应和GVD的作用正好相反。

五、实验总结

通过本次实验，对光纤的结构及特性有了进一步的认识，光纤通信与电信的主要差异之一，即是利用光纤来传输光信号，而光纤有不同的结构形式。目前，通信用的光纤大多数是利用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫纤芯，其折射率为n1，折射率低的外围部分称为包层，折射率为n2。正是有与光纤的这种结构特性才产生了相应的传输特性，由于理论知识的局限，所以对实验现象的分析不够深入，也未能结合更多的知识进行挖掘，但在光纤的结构以及色散的相关理论知识上有了较之前深入的认识，希望在之后的试验中能够有更深入的认识。