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光学课程设计报告 姓名： 学号： 班级： 学校： 基于四波混频效应的研究 一、设计任务与要求 设计目的与要求： 四波混频系统的设计，系统要求为： 1、进一步熟练Optisystem软件的使用，熟悉元件库中的常用元件组件； 2、掌握四波混频效应的工作原理； 3、以Optisystem系统为基础设计实现FWM波长变换实验装置； 4、使用OptiSystem的模拟仿真功能，验证光纤中FWM效应，并分析抽运光功率、信号光与抽运光频率差、光纤衰减系数各项性能参数对转换效率的影响。 二、设计原理 随着DWDM技术的不断发展, 波长信道数需求也在逐步增加。波分复用网的带宽虽然很宽, 但一根光纤中能够复用的波长数量是有限的。但若能够采用波长变换技术， 让信号在节点上从一个波长变换到另一个波长, 使同一波长在不同的区域中重复使用， 则可解决了波长争用的问题。 基于四波混频( FWM) 原理的波长变换是目前非常有研究前景的全光波长变换技术。发生四波混频的原因是入射光中的某一个波长上的光会使光纤的折射率发生改变，则在不同的频率上产生了光波相位的变化，从而产生了新的波长的光波。由于新波长的相位和频率是输入光波的线性组合，因此，四波混频产生的光波可以保留信号光的振幅与相位信息，实现真正的与调制格式无关的透明波长转换。 若两束波长不同的光入射到介质中进行四波混频时，会产生两种线性组合，产生两束闲频光的输出，如图所示。 假设入射光分别为泵浦光，信号光，为转换信号的频率，则有 ， 由于两束光的强度相差很大，相对较弱的闲频光可以忽略。 该转换器效率高，对信号格式透明，能同时变换多个波长，信号调制速率较高( 可达到40 Gbps) 、变换后码型不反转以及波长变换跨度较大等优点。四波混频是诸多全波长转换中唯一能够提供对于一组波长信号同时转换的技术，其不足之处在于，四波混频效应为非线性参量过程，需满足严格的相位匹配条件，这导致其转换效率低，波长转换范围小，对偏振较为敏感。 三、设计内容 1、设计实现一个基于四波混频的全光波长变化系统； 2、信号光信号光功率设为ldBm，频率为1540nm。抽运光功率设为25dBm，频率为1541nm； 3、耦合器抽运衰减与信号衰减均设为0dB： 4、单模光纤长度为20km，衰减系数为0.2dB/km，色散为16.75ps/nm/km； 5、通过光谱仪可对变换后的频谱进行观测。 6、改变信号光与泵浦光频率之差，泵浦光功率观察各参数对波长转换效率的影响。 四、设计步骤 1、搭建实现FWM波长变换系统。 2、设置器件实验参数 设置全局变量 信号光： 泵浦光： 光纤参数设置： 3、运行仿真，观察FWM波长转换现象。 4、改变信号光与泵浦光频率之差，分析对波长转换效率的影响 5、改变光纤衰减系数，分析对波长转换效率的影响 五、学习体会 在本次实验中，通过对光纤通信系统的设计，进一步掌握了基于四波混频效应的研究。这次实验采用2个激光器产生不同频率或功率的信号，经过Pump后再经过EDFA产生四波混频效应。分别设置不同的光功率、光频率，以及光纤的衰减系数参，从而研究四波混频产生的条件，及各个因素变化对FWM的影响。本次实验，使我进一步加深了对四波混频效应的认识与掌握以及进一步熟练Optisystem软件的使用，通信系统的模拟。 1