基于optisystem的光纤损耗特性与色散特性的研究
实验目的
1. 光纤损耗特性的研究；在optisystem系统上构建仿真模型并验证其是否满足性能目标。计算损耗受限系统的中继距离，
2. 采用标准单模光纤和直接调制的色散受限光纤传输系统, 计算中继距离。在optisystem系统上构建仿真模型并验证其是否满足性能目标。
实验原理
光纤损耗的机理
传输损耗是光纤的最重要的一项光学特性,它在很大程度上决定着对传输信号进行再生的中继距离,系统的成本也主要集中在控制光纤损耗上。在光纤光缆中, 存在着金属电缆所没有的特殊损耗—光损耗。
引起光纤损耗的因素
光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。具体细分如下:
固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。这些损耗又可以归纳为本征损耗、制造损耗和附加损耗等。
本征损耗是由光纤材料本身的特性决定的,在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。该损耗是无法避免的,它决定了光纤的损耗极限。
光纤制造损耗是在光纤的生产工艺过程中产生的,主要由光纤中不纯成分的吸收(杂质吸收)和光纤的结构缺陷引起。杂质吸收中影响较大的是各种过渡金属离子和OH-离子导致的光的损耗。其中OH-离子的影响比较大,它的吸收峰分别位于950nm,1240mm和1390nm, 对光纤通信系统影响较大。随着光纤制造工艺的日趋完善,过渡金属离子的影响已不显著,先进的工艺已可以使OH-离子在1390nm处的损耗降低到0.04dB/km,甚至小到可忽略不计的程度。
光纤的损耗特性曲线—损耗谱
从石英光纤的损耗谱曲线图3-1,可以看到光纤通信所使用的三个低损耗“窗口”：850nm波段、1310nm波段和1550nm波段。目前,光纤通信系统主要工作在1310nm波段和1550nm波段上,尤其是1550nm波段,长距离大容量的光纤通信系统多工作在这一波段。
图 3‑1 光纤的损耗谱曲线
光纤的损耗谱形象地描绘了衰减系数与波长的关系。从光纤损耗谱可以看出,衰减系数随波长的增大呈降低趋势;损耗的峰值主要与OH-离子有关。另外,波长大于1600nm时损耗增大的原因是由于石英玻璃的吸收损耗和微(或宏)观弯曲损耗引起的。目前,光纤的制造工艺可以消除光纤在1385 nm附近的0H-离子的吸收峰,使光纤在整个(1300~1600)nm波段都有很低的损耗。
损耗受限系统的中继距离
实际的光纤通信系统设计中，往往要综合考虑光纤衰减的影响，从而找出光纤的最佳中继距离，以实现可靠稳定的传输效果。
实验内容
模型构建
在OptiSystem中建立如图3-2所示的损耗受限光纤传输系统仿真模型。激光器作为信号输入端，通过插入损耗为0.5dB的连接器接入光纤。光纤衰减为1.2dB/km,通过连接器接入光学带通滤波器，滤除因激光器频率特性不好而输出的非信号波长成分，然后通过，光电二极管进行光电转换，通过低通滤波器过滤出传输的信号。
图 3‑2 损耗受限光纤传输系统仿真模型
中继距离的理论计算
根据公式3-1可以知道光纤通信系统中各个部分应满足的指标。
𝑃𝑡−𝑆𝑟=𝐴𝐿𝑓+𝐿𝑐+𝐿𝑎+𝑀 （式3-1）
其中Pt=发射机功率，ALf=光纤损耗，La=额外损耗，Sr=接收器灵敏度，Lc=耦合器损耗，M=功率差。
仿真验证
在OptiSystem中进行仿真验证式3-1的计算结果.
