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模拟软件配置实验 PAGE PAGE II 光纤通信实验报告 班级：14050Z01 姓名：李傲 学号：1405024239 PAGE 16 实验一 光发射机的设计 一般光发送机由以下三个部分组成： 光源（Optical Source）：一般为LED和LD。 脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。 光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以光源和调制器的关系来看，分为光源的内调制（图1.1）和光源的外调制（图1.2）。 采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。图1.2的结构中，光源为频率193.1Thz的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator）转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。 图1.1内调制光发射机 图1.2外调制光发射机 对于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量，因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。 内容：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器中的啁啾（Chirp）分析 1设计目的 对铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的外加电压和调制器输出信号啁啾量的关系进行模拟和分析，从而决定具体应用中MZ调制器的外置偏压的分布和大小。 2设计布局图 外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，可以降低或者消除系统的啁啾量。典型的外调制器是由铌酸锂（LiNO3）晶体构成。本设计中，通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示。 图1.3双驱动型LiNbO3 Mach-Zehnder调制激光发送机设计图 3 模拟分析 在图1.3中，驱动电路1的电压改变量ΔV1和驱动电路2的电压改变量ΔV2是相同的。图1.4为MZ调制器的参数设定窗口。其中MZ调制器以正交模式工作，外置偏压位于调制器光学响应曲线的中点，使偏压强度为其峰值的一半。而消光系数设为200dB，以避免任何由于不对称Y型波导而导致的啁啾声。对于双驱动调制器而言，两路布局是完全一样，所以使用一个Fork将信号复制增益（本例设有三次参数扫描过程中，V2大小分别为V1的-1，0，-3倍）后到MZ调制器的另一个输入口。 图1.4 LiNbO3 Mach-Zehnder调制器的参数设置 啁啾（Chirp）量可根据两路的驱动偏压值得到，如公式，其中V1，V2分别为两个驱动电路的驱动电压，α为啁啾系数： 图1.5为一系列信号脉冲输入时，在1，2口的电压V1= –V2 = 2.0V时波形。根据公式1.1可知在这种情况下，啁啾系数α为0，而实际模拟出来的结果可见图1.6。 图1.5 输入口1的电压为2.0V，输入口2的电压为-2.0V时的电压波形 图1.6 V1=-V2=2.0V时，输出的光信号波形及其啁啾量（Chirp） 为观察啁啾量随电压的改变情况，当设定外加偏压为V1= -3V2=3.0V时，根据公式1可得到α为0.5，输入口1，2和输出口的信号波形可参见图1.7，1.8： 图1.7 当V1= -3V2=3.0V时，输入口2，3的电信号波形 图1.8 V1= -3V2=3.0V时，输出的光信号波形及其啁啾量（Chirp） 图1.8 当V1=-3V2=3.0V时，输出的光信号强度及其啁啾量大小以上两次不同V1 图1.8 当V1=-3V2=3.0V时，输出的光信号强度及其啁啾量大小 1 ) 当V1=-V2=2.0V时，如图1.6所示，其中的亮红线为光发射器的啁啾量，其大小约为100Hz；相对于光源的频率，这个啁啾量在实际情况中可基本视为零。 2 ) 当V1=-3V2=3.0V时，如图1.8所示，啁啾量的大小约为3GHz，这个大小的啁啾量在实际情况中对输出光信号的灵敏度以及最终所能传输的距离都会有十分严重的影响，需要设计者避免和消除。 本设计中，可以利用OptiSystem提供