电子科学实验题目.doc

4光电综合设计课题课题一：OptiSystem 的基本操作任务：熟悉 OptiSystem 界面，掌握基本操作。要求：1新建一个项目。2在器件库里寻找以下指定的器件：光源，理想光纤，EDFA，PIN 管，光谱分析仪，示波器。3学习修改部分器件的相关参数，如光源的工作波长、发光功率、光纤长度、衰耗系数等，学习修改工作频率。4对图4.1、图4.2 所给出的子系统进行封装。5对图4.3 给定的系统进行仿真，观察各观察设备的仿真结果。信号分支器：Default/Tools Library/Fork 1x2图 4.1 子系统封装光发送机图 4.2 子系统封装光接收机提示：器件库光源：Default/Transmitters Library/Optical Sources，然后根据要求选择光源，例如直接强度调制激光光源Directly Modulated Laser Measured，或连续波激光器CW Laser 等；电脉冲发生器：Default/Transmitters Library/Pulse Gererators/Electrical/NRZPulse Generator；比特序列信号发生器：Default/Transmitters Library/Bit Sequence Generators/User Defined Bit Sequence Generator；光纤：Default/Optical fiber，其中还有另外2 类，可用根据需要选择；EDFA： Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA；接收器：Default/Receivers Library/Photodetectors；分析装置：Default/Visualizer Library，里面有光域分析器和电分析器，例如电信号示波器Oscilloscope Visualizer，光信号示波器Optical Time DomainVisualizer 等。在器件库中还有其它多个子文件夹，可以依次打开，了解一些常用器件的放置位置，并作必要的记录，方便日后使用。课题二：基本光纤通信系统设计任务：设计一个简单光纤通信系统，并利用OptiSystem 仿真测试。要求：1所设计的光纤通信系统包括光发送端、光纤和光接收端。2光源工作波长为193.1THz，传输信号为1Gbit/s NRZ 码，光发送机输出功率为2dBm，光纤长度为80km，光纤损耗系数为0.25dB/km，光接收机输入的接收功率不低于35dBm。3给出完整的设计图，并在上述条件下对所设计的系统进行仿真分析，测试各点波形、光功率、接收端眼图和系统误码率。提示：其中：光发送端可以用 CW 加M-Z 外调制（参考图4.3），也可以用已封装直接强度调制激光光源（参考图4.1），光接收机用PIN 管加低通滤波器，传输速率系统默认为2.5Gbit/s，在Layout/Parameters 菜单下修改为1Gbit/s。系统误码率采用 BER Analyzer（Default/Visualizer Library/Electrical 下），它的连接方式为：Bit Sequence：Binary Signal 端接发送端的Bit Sequence Generator输出，Reference：Electrical Signal 端连接发送端的Pulse Generator 输出，Input：Electrical Signal 端连接接收端的电信号输出。课题三：WDM 系统设计任务：设计一个四波分WDM 光纤传输系统，并利用OptiSystem 仿真测试。要求：1四波长复用，波长设置以100GHz 为间隔，频率分别为193.1THz、193.2THz、193.3THz、193.4THz，每个波长传输速率为2.5Gbit/s（NRZ）。系统应包括多波长光源、波分复用器和解复用器、常规光纤（100km）、光接收机等，提供系统设计图。2对所设计的WDM 系统进行仿真分析。3探讨波分复用器和解复用器通道隔离度、光通道功率均衡等对邻近通道串扰。提示：1在信号复用时注意信道与光信号的频率应该一致，否则，接收端无法正确接收。2光发送机和光接收机可以利用课题一的封装部件组成，波分复用器和解复用器可采用Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/WDM Mux和Default/WDM Multiplexers Library/Demultiplexers/WDM Demux，插入损耗均为2dB。3测试设备可采用WDM分析仪，位于Default/Visualizer Library/Optical 下，有单端口和双端口两种，双端口WDM 分析仪在分析输入输出关系时更为方便。课题四：长距离光纤传输系统设计任务：设计一个42.5Gbit/s 长距离光纤传输系统，并利用OptiSystem 仿真验证。要求：1采用波分复用技术，波长设置以100GHz 为间隔，频率分别为193.1THz、193.2THz、193.3THz、193.4THz，每个波长传输速率为2.5Gbit/s（NRZ），传输距离为300km。采用常规光纤，光纤损耗系数为0.25dB/km。2单通道光发送机最大输出功率为0dBm，光接收机的接收光功率不低于26dBm，过载点为10dBm。3可以采用EDFA 作为线路放大器，其中EDFA 的输入功率限制在182dBm，最大输出功率20dBm，增益范围为1325dB，噪声指数4.0dB。4系统设计时仅考虑损耗要求，提供系统设计图及设计依据。5需对所设计的传输系统进行仿真验证，通过仿真试验，优化设计方案，使系统接收端的输入功率和OSNR 达到最优。课题五：OADM 设计任务：设计一个具有四波长通道的单向OADM，波长设置为1193.1THz、193.2THz、193.3THz、193.4THz，每个波长通道都配置成能在本地上下。要求：1采用“分波器空间交换单元合波器” 结构。2单向，四个光波长通道，每个波长通道都能够灵活地配置成直通或本地上下。3为了降低串扰，可能需要考虑加入光滤波器，4给出设计结构图，并进行功能仿真。5暂不考虑光功率补偿放大、线路保护倒换和功率均衡功能。提示：光开关选用 Default/Network Library/Optical Switches/Digital Optical Switch，附加损耗设为1dB，控制信号可选用Default/Transmitters Library/Bit Sequence Generators/ User Defined Bit Sequence Generator（序列信号设为“1”或“0”），波分复用器和解复用器采用Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/ WDMMux 和Default/WDM Multiplexers Library/Demultiplexers/WDM Demux，插入损耗均为2dB，光滤波器可考虑2 阶贝塞尔滤波器Default/Filters Library/Optical/Bessel Optical Filter。课题六： EDFA 设计任务：采取不同结构和泵浦波长设计一个EDFA，结构分为同向泵浦，反向泵浦，双向泵浦三类；可选泵浦光源波长为980nm 和1480nm；泵浦光源的功率在1020dBm，测试输入信号功率为20dBm。要求：1在上述条件下要求EDFA 噪声指数小于4.5dB。2在满足一定条件下，最大输出功率可达到18dBm，最大增益可达到25dB（两者不要求同时满足）。3需要分别比较三种结构下的EDFA 的以下特性，并根据比较结果优化设计：（1） 掺铒光纤长度的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；（2） 泵浦光源波长（可选择980nm 和1480nm）的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；4给出设计图和性能参数比较图，参数取点不少于10 个，参数应具有合理性和可行性。提示：铒纤长度在 415m 之间取值。仿真模型中，掺铒光纤选用 Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/ErbiumDoped Fiber；泵浦光源选用Default/Transmitters Library/Optical Sources/PumpLaser；泵浦光耦合器采用Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/ IdealMux。图 4.4 是反向泵浦EDFA 结构图，供设计参考。图 4.4 反向泵浦EDFA能力拓展课题：WDM 环网设计（说明：本题未列入考核要求，鼓励同学在完成前述课题设计的情况下进行本课题设计）任务：设计一个具有四个OADM 节点的WDM 双向环网，波长设置为193.1THz、193.2THz、193.3THz、193.4THz，四个节点依次标记为A、B、C、D，相邻节点间距离为40km，采用常规光纤，光纤损耗系数为0.25dB/km，输入信号速率为2.5Gbit/s，输入功率均设为3dBm，光路配置如表4.1 所示。表 4.1 光波长通道配置表波长通道 193.0THz 193.1THz 193.2THz 193.3THzAB BC BD ACBC CA CDC