1、光纖通信仿真實(shí)驗(yàn)光纖模型實(shí)驗(yàn)：自相位效應(yīng)姓 名：萬(wàn)方力學(xué) 號(hào)：2013115030305班 級(jí)：1303班指導(dǎo)老師：胡白燕院 系：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院光纖模型實(shí)驗(yàn)：自相位效應(yīng)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 通過(guò)進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)，加深光纖結(jié)構(gòu)以及特性的理解，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，結(jié)合理論知識(shí)獲得進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。2、 本次實(shí)驗(yàn)是對(duì)自相位調(diào)制在脈沖傳播上的模型進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，是基于光纖性質(zhì)上的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，了解自相位效應(yīng)的產(chǎn)生及影響，加深光纖相關(guān)知識(shí)的理解。2、 實(shí)驗(yàn)原理1、 光纖的色散特性色散（Dispersion）是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，由于不同成分的光的傳輸時(shí)間不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。色散一般包括模式色散

2、、材料色散和波導(dǎo)色散。1）模式色散光纖的模式色散只存在于多模光纖中。每一種模式到達(dá)光纖終端的時(shí)間先后不同，造成了脈沖的展寬，從而出現(xiàn)色散現(xiàn)象。2)材料色散含有不同波長(zhǎng)的光脈沖通過(guò)光纖傳輸時(shí)，不同波長(zhǎng)的電磁波會(huì)導(dǎo)致玻璃折射率不相同，傳輸速度不同就會(huì)引起脈沖展寬，導(dǎo)致色散。3）波導(dǎo)色散由光纖的幾何結(jié)構(gòu)決定的色散，其中光纖的橫截面積尺寸起主要作用。光在光纖中通過(guò)芯與包層界面時(shí)，受全反射作用，被限制在纖芯中傳播。但是，如果橫向尺寸沿光纖軸發(fā)生波動(dòng)，除導(dǎo)致模式間的模式變換外，還有可能引起一少部分高頻率的光線進(jìn)入包層，在包層中傳輸，而包層的折射率低、傳播速度大，這就會(huì)引起光脈沖展寬，從而導(dǎo)致色散。2、自相

3、位調(diào)制信號(hào)光強(qiáng)的瞬時(shí)變化引起其自身的相位調(diào)制,即自相位調(diào)制。在單波長(zhǎng)系統(tǒng)中光強(qiáng)變化導(dǎo)致相位變化時(shí),自相位調(diào)制效應(yīng)使信號(hào)頻譜逐漸展寬。這種展寬與信號(hào)的脈沖形狀和光纖的色散有關(guān)。在光纖的正常色散區(qū)中,由于色散效應(yīng),一旦自相位調(diào)制引起頻譜展寬,沿著光纖傳輸?shù)男盘?hào)將經(jīng)歷暫時(shí)的較大展寬。但在異常色散區(qū),光纖的色散效應(yīng)和自相位調(diào)制效應(yīng)可能會(huì)相互補(bǔ)償,從而使信號(hào)的展寬小一些。在一般情況下,SPM效應(yīng)只在高累積色散或超長(zhǎng)系統(tǒng)中比較明顯。受色散限制的系統(tǒng)可能不會(huì)容忍自相位調(diào)制效應(yīng)。在信道很窄的多通道系統(tǒng)中,由自相位調(diào)制引起的頻譜展寬可能在相鄰信道間產(chǎn)生干擾。在G.652光纖中的低啁啾強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的自相位調(diào)制效應(yīng)

4、將引起脈沖的壓縮,但同時(shí)使傳輸光譜展寬。采用G.652光纖時(shí),把信道設(shè)置在零色散波長(zhǎng)附近將有利于減少自相位調(diào)制效應(yīng)的影響。在長(zhǎng)距離系統(tǒng)中,這種光纖可采用以適當(dāng)間隔作色散補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)控制自相位調(diào)制效應(yīng)的影響,當(dāng)然,也可通過(guò)減少輸入光功率的方法來(lái)減少自相位調(diào)制效應(yīng)的影響。經(jīng)過(guò)自相位調(diào)制后，脈沖的波形（即：|E(z,t)|2=|E(z=0,t)|2）不受影響。而相位變化項(xiàng)NL=|E(z=0,t)|2表明經(jīng)過(guò)自相位調(diào)制后，脈沖的瞬時(shí)頻率相對(duì)原先載波的頻率0已有所改變。頻率改變量(t)由式子給出：該頻率的改變和時(shí)間的關(guān)系導(dǎo)致了啁啾聲的產(chǎn)生。驗(yàn)證SPM效應(yīng)，設(shè)計(jì)以下布局圖3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 按照預(yù)設(shè)電路，

5、在仿真軟件中找到相應(yīng)組件并將電路組建完成。2、 設(shè)定實(shí)驗(yàn)中的原件參數(shù)如下：此為全局參數(shù)在非線性光纖的參數(shù)設(shè)定中，本次實(shí)驗(yàn)只針對(duì)自相位調(diào)制效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)分析，所以可以禁掉其他非線性效應(yīng)。此為光纖參數(shù)3、 脈沖的峰值功率為10mW，光纖長(zhǎng)度設(shè)為10km。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果從圖中可以看到脈沖的波形保持不變，但由于自相位調(diào)制效應(yīng)，產(chǎn)生了啁啾聲。脈沖的前端紅移，而后端藍(lán)移。如果存在反常色散，則可能發(fā)生由于SPM的啁啾而導(dǎo)致脈沖波形會(huì)變窄。這說(shuō)明SPM效應(yīng)和GVD的作用正好相反。5、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，對(duì)光纖的結(jié)構(gòu)及特性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，光纖通信與電信的主要差異之一，即是利用光纖來(lái)傳輸光信號(hào)，而光纖有不同的結(jié)構(gòu)形式。目前，通信用的光纖大多數(shù)是利用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心玻璃體，外層玻璃的折射率比內(nèi)層稍低。折射率高的中心部分叫纖芯，其折射率為n1，折射率低的外圍部分稱為包層，折射率為n2。正是有與光纖的這種結(jié)構(gòu)特性才產(chǎn)生了相應(yīng)的傳輸特性，由于理論