Làm quen với OptiSys_Design

MỤC LỤC BÀI 1: MÁY PHÁT – LASER ĐIỀU CHẾ NGOÀI ................................................ 1 Mở đầu OptiSys_Design ...................................................................................... 1 Tổng quan về Giao diện ....................................................................................... 2 Sử dụng Component Library................................................................................ 2 Kết nối các phần tử .............................................................................................. 4 Quan sát kết quả .................................................................................................. 5 Kết nối các máy quan sát ..................................................................................... 7 Các máy quan sát và giám sát dữ liệu .................................................................. 8 Các tham số của phần tử .................................................................................... 10 Hiển thị các tham số trong layout....................................................................... 10 Thay đổi đơn vị của tham số .............................................................................. 11 Thay đổi các mode tham số: biểu diễn số học .................................................... 11 Các tham số của máy quan sát ........................................................................... 12 Chạy mô phỏng ................................................................................................. 13 Hiển thị kết quả từ các máy quan sát .................................................................. 14 Oscilloscope ...................................................................................................... 14 Máy phân tích quang phổ................................................................................... 15 Máy quan sát tín hiệu quang trong miền thời gian .............................................. 16 Thu phóng và lần vết ......................................................................................... 17 Lưu lại đồ thị ..................................................................................................... 19 Lưu kết quả mô phỏng ....................................................................................... 20 BÀI 2: HỆ THỐNG CON - MÔ PHỎNG CÓ PHÂN CẤP.................................... 21 Tải file mẫu ....................................................................................................... 21 Tạo một hệ thống con ........................................................................................ 22 Tạo các cổng đầu ra ........................................................................................... 23 Các thuộc tính của hệ thống con: tên và biểu tượng ........................................... 25 Thêm các tham số toàn cục vào hệ thống con .................................................... 27 Sử dụng các tham số toàn cục ............................................................................ 28 Thêm thành phần vào Thư viện ......................................................................... 30 Tạo thư mục phụ trong Thư viện tùy chỉnh ........................................................ 30 Thêm thành phần vào thư viện ........................................................................... 31 Tạo thêm các cổng ............................................................................................. 32 Chạy mô phỏng ................................................................................................. 34 BÀI 3: HỆ THỐNG QUANG – THIẾT KẾ WDM ................................................ 35 Tham số toàn cục ............................................................................................... 35 Thiết bị phát ...................................................................................................... 35 Nhóm tham số ................................................................................................... 38 Thử nghiệm thiết bị phát .................................................................................... 39 EDFA + sợi quang ............................................................................................. 40 Thu kết quả sau khi tách kênh ............................................................................ 43 Thêm bộ thu ...................................................................................................... 44 Máy đo BER ...................................................................................................... 45 Nhấp đúp chuột vào máy đo BER để hiển thị kết quả và đồ hình ....................... 46 Đồ hình và kết quả ............................................................................................. 46 Mẫu BER........................................................................................................... 47 Đồ hình BER 3D ............................................................................................... 48 BÀI 4: THAM SỐ QUÉT – BER x CÔNG SUẤT VÀO ....................................... 50 Lựa chọn các tham số lặp bằng cách sử dụng chế độ Sweep .............................. 51 Thay đổi số lần quét lặp lại ................................................................................ 51 Thay đổi các giá trị quét lặp lại .......................................................................... 52 Chạy mô phỏng ................................................................................................. 53 Lấy kết quả bằng cách sử dụng Graph builder ................................................... 54 Graphs và Views ............................................................................................... 55 Duyệt tham số quét lặp lại ................................................................................. 55 Tổng hợp đồ thị từ việc quét lặp lại ................................................................... 56 BÀI 5: CÁC PHIÊN BẢN THIẾT KẾ - ĐẶC TÍNH EDFA .................................. 58 BÀI 6 : TỐI ƯU HÓA – BIÊN ĐỘ HỆ THỐNG ................................................... 60 BÀI 7: TỐI ƯU HÓA – CHIỀU DÀI SỢI EDFA .................................................. 63 BÀI 8: BÙ TÁN SẮC SỬ DỤNG CHO HỆ THỐNG CON VÀ TẬP LỆNH ........ 65 BÀI 9: THIẾT KẾ CỦA MỘT BỘ KHUẾCH ĐẠI BĂNG THÔNG RỘNG RAMAN SỬ DỤNG HỆ THỐNG CON................................................................ 71 Giới thiệu tổng quan .......................................................................................... 71 Định nghĩa nguồn nhiều line .............................................................................. 71 Định nghĩa của một hệ thống phụ với nguồn nhiều line ..................................... 73 Thiết kế một bộ khuếch đại Raman với băng thông tăng và phẳng trong diện rộng. .................................................................................................................. 76 Sử dụng các đồ họa 3D tương tác ...................................................................... 78 BÀI 10: TỐI ƯU HÓA GIÁ TRỊ ĐỘ TĂNG PHẲNG CỦA BỘ KHUẾCH ĐẠI RAMAN BĂNG THÔNG RỘNG ......................................................................... 80 Tối ưu hóa chiều dài của sợi .............................................................................. 80 Ảnh hưởng của suy hao sợi quang ..................................................................... 82 1 Giới thiệu Cách hiệu quả nhất để làm quen với OptiSys_Design là hoàn thành các bài học trong tài liệu này, nơi bạn học cách sử dụng phần mềm bằng cách giải quyết các bài tập. BÀI 1: MÁY PHÁT – LASER ĐIỀU CHẾ NGOÀI Bài học này hướng dẫn cách tạo một máy phát sử dụng Laser điều chế ngoài. Giúp bạn làm quen với thư viện, các tham số, trình biên tập layout, các công cụ quan sát. Mở đầu OptiSys_Design Để bắt đầu OptiSys_Design, từ Taskbar : Start  Programs  OptiSys_Design 1.0  OptiSys_Design Khi đã tải xong, giao diện đồ họa người dùng của OptiSys_Design sẽ xuất hiện Hình 1 - Giao diện đồ họa người dùng của OptiSys_Design 2 Tổng quan về Giao diện Những phần chính của giao diện OptiSys_Design gồm Layout Editor, Project Browser và Component Library. Layout Editor dùng để định vị các thành phần khác nhau, biên tập và tạo kết nối giữa chúng. Project Browser để tìm vị trí thông qua Dự án hiện tại, và cơ cấu một Dự án sao cho các kết quả đạt được một cách hiệu quả. Component Library giúp truy xuất các phần tử để dùng cho thiết kế. Project Overview dùng để thu phóng các thành phần trên Layout. Parameter Groups tổ chức các tham số của các phần tử theo cách ,à giúp cho người sử dụng không cần thay đổi cách tham số như Bước sóng Lasers trong mỗi phần tử. Output Window hiển thị các thông báo sinh ra trong quá trình mô phỏng. Hình 2 - Các thành phần chính của giao diện đồ họa người dùng Sử dụng Component Library Ở ví dụ dưới đây chúng ta sẽ thiết kế máy phát điều chế ngoài. Đưa tất cả các phần tử cần thiết ra từ Component Library. OptiSys_Design cung cấp 1 bộ các phần tử mặc định. • Tạo Dự án mới, từ menu chính, vào File  New • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Optical Sources. • Chọn CW Laser 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. 3 Hình 3 – Thêm một CW Laser vào layout • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Optical Modulators. • Chọn Mach-Zehnder Modulator 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. 4 Hình 4 – Thêm bộ điều chế Mach-Zehnder vào layout • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Bit Sequence Generators • Chọn Pseudo-Random Bit Sequence Generator 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. • Từ thư viện, vào mục Default  Transmitters  Pulse Generators  Electrical. • Chọn NRZ Pulse Generator 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. Hình 5 – Thêm một bộ tạo dãy bit giả ngẫu nhiên và bộ tạo xung NRZ vào layout Kết nối các phần tử Để gửi tín hiệu từ phần tử này đến phần tử khác ta phải nối cổng đầu ra của phần tử trước với đầu vào của phần tử sau Khi kết nối các phần tử, không thể nối nhiều đầu vào tới cùng 1 đầu ra. Nghĩa là: • Kết nối các phần tử bằng cách click vào cổng của phần tử thứ nhất và kéo đến cổng của phần tử tiếp theo: 5 • Bộ tạo dãy bit giả ngẫu nhiên đến cổng đầu vào bộ tạo xung NRZ • Cổng ra bộ tạo xung NRZ đến cổng đầu vào bộ điều chế Mach-Zehnder • Đầu ra CW laser đến đầu vào bộ tạo sóng mang the Mach- Zehnder Hình 6 – Kết nối các phần tử. Quan sát kết quả Có nhiều cách để quan sát kết quả trong OptiSys_Design, thư mụcVisualizers trong Component Library cho phép người dùng hiển thị kết quả mô phỏng. Tùy vào loại tín hiệu đầu vào mà ta có bộ hiển thi điện hoặc quang Để quan sát tín hiệu điện tạo ra từ bộ tạo xung NRZ trong miên thời gian, ta có thể chọn bộ hiển thị Oscilloscope Visualizer: • Từ thư viện, vào mục Default  Visualizers  Electrical • Chọnt Oscilloscope Visualizer 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. 6 Hình 7 – Thêm máy quan sát Oscilloscope Visualizer vào layout Tín hiệu quang có thể biểu diễn bằng cách chọn các máy quan sát từ thư viện. Để quan sát tín hiệu quang đã điều chế trong miền thời gian ta sẽ dùng Máy phân tích phổ và Máy quan sát tín hiệu quang trong miền thời gian: • Từ thư viện, vào Default  Visualizers  Optical • Chọn Optical Spectrum Analyzer 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. • Chọn Optical Time Domain Visualizer 1.0 và đặt nó vào vùng làm việc bằng cách kéo thả biểu tượng. 7 Hình 8 – Thêm máy quan sát quang optical Visualizers vào layout Kết nối các máy quan sát Để quan sát tín hiệu từ một phần tử, ta phải nối đầu ra của phần tử tới cổng đầu vào của máy quan sát. Khi nối các phần tử với máy quan sát, có thể nối nhiều máy quan sát tới cùng 1 cổng ra của phần tử. • Nối phần tử và máy quan sát bằng cách click vào cổng đầu ra của phần tử và kéo thả tới cổng đầu vào của máy quan sát: • Đầu ra của bộ tạo xung NRZ tới cổng vào của Oscilloscope. • Đầu ra của bộ Mach-Zehnder tới máy phân tích quang và tới máy quan sát tín hiệu quang trên miền thời gian. 8 Hình 9 – Nối các máy quan sát Các máy quan sát và giám sát dữ liệu Khi nối 1 máy quan sát tới đầu ra của 1 phần tử, OptiSys_Design đầu tiên sẽ chèn một Data Monitor mặc định vào cổng ra của phần tử, sau đó máy quan sát sẽ được kết nối. Các máy quan sát luôn được kết nối tới giám sát, lý do nhiều máy quan sát có thể cùng gắn vào 1 cổng là do chúng cúng gắn vào cùng 1 giám sát. Giám sát dữ liệu được đại diện bởi hình chữ nhật xung quanh cổng đầu ra của phần tử. Hình 10 – Các giám sát và máy quan sát 9 Các máy quan sát xử lý dữ liệu lưu từ giám sát dữ liệu, ta có thể chèn thêm giám sát vào 1 cổng mà không cần nối tới 1 máy quan sát nào, giám sát đó sẽ luôn lưu dữ liệu sau khi quá trình mô phỏng kết thúc. Nghĩa là nếu bạn chèn một giám sát vào một cổng trước khi quá trình mô phỏng bắt đầu, sau khi mô phỏng xong bạn có thể nối máy quan sát vào giám sát này mà không cần chạy lại mô phỏng từ đầu. • Từ thanh công cụ Layout, chọn công cụ Monitor, con trỏ chuột sẽ chuyển sang mode giám sát • Click vào đầu ra của phần tử CW laser • Click vào thanh công cụ Layout để tắt mode giám sát Hình 11 – Tạo ra một giám sát Giám sát sẽ lưu tín hiệu tại đầu ra CW Laser, không cần tính toán lại hệ thống nếu bạn muốn quan sát tín hiệu và bỏ qua việc thêm máy quan sát vào cổng đó. Tuy nhiên phải nhớ thêm giám sát vào cổng đó 10 Các tham số của phần tử Click đúp chuột vào bất cứ phần tử nào, sẽ xuất hiện 1 hộp thoại cho phép chỉnh sửa các thuộc tính của phần tử đó • Trong phần biên tập layout, click đúp vào biểu tượng CW Laser. Các tham số của phần tử được sắp xếp theo mục. Có 5 mục tham số: Main, Polarization, Simulation, Noise và Random numbers. Mục “Main” bao gồm các tham số thường truy nhập bởi người sử dụng như tần số và công suất. Hình 12 – Các tham số của phần tử Với mỗi mục, có 1 danh sách các tham số. Các tham số có các thuộc tính: Disp, Name, Value, Units và Mode Hiển thị các tham số trong layout Thuộc tính đầu tiên là “Disp”. Khi thuộc tính này là tên của tham số, giá trị và đơn vị sẽ được hiển thị trong layout. Chú ý rằng Tần số và Công suất có Disp đã được kiểm tra và các tham số này được hiển thị ngay trong layout 11 Hình 13 – Hiển thị các tham số trong layout Thay đổi đơn vị của tham số Một số tham số có nhiều đơn vị khác nhau, như Tần số có thể là Hz, THz và Công suất có thể là W, mW hay dBm. Quá trình chuyển đổi sẽ diễn ra tự động. Nhấn Enter hoặc click sang ô khác để cập nhật giá trị vừa nhập Hình 14 – Thay đổi đơn vị của tham số Thay đổi các mode tham số: biểu diễn số học Mỗi tham số có thể có 3 mode: Normal, Sweep và Script Mode Script cho phép người dùng nhập biểu diễn số học và cũng như truy nhập tham số định nghĩa toàn cục. • Tại CW Laser, click vào thuộc tính Mode. 12 • Từ menu danh sách, chọn mode Script • Trong mục Value, nhập biểu thức ‘193.1+0.1’ • Click vào nút Verify Script Bạn sẽ thấy giá trị của biểu diễn dạng kịch bản bên trong danh sách thông báo trong hộp thoại và kết quả bằng 193.2 Hình 15 – Sử dụng biểu thức số học Các tham số của máy quan sát Để truy nhập đến tham số của máy quan sát, bạn phải chọn biểu tượng và click đúp vào đó. Sẽ xuất hiện hộp thoại dùng để quan sát các đồ thị và kết quả được tạo ra trong quá trình mô phỏng 13 • Trong trình biên tập layout, chọn biểu tượng máy phân tích quang • Bấm chuột phải vào nó, xuất hiện một thực đơn. • Chọn “Component properties”. Hình 16 – Truy nhập vào máy quan sát Chạy mô phỏng OptiSys_Design cho phép người dùng điều khiển quá trình tính toán theo nhiều cách: • Tính toán toàn bộ dự án: nhiều bản thiết kế, quét lặp toàn bộ • Tính toán bản thiết kế hiện tại: quét lặp toàn bộ • Tính toàn lần lặp hiện tại: lần quét lặp hiện thời trong bản thiết kế hiện thời Về cơ bản, ta sẽ tính toán toàn bộ dự án, vì ta không có nhiều bản thiết kế và không quét lặp. • Từ thực đơn File chọn Calculate : 14 Hình 17 – Chạy mô phỏng • Từ hộp thoại tính toán, chon PLAY để bắt đầu quá trình mô phỏng Hiển thị kết quả từ các máy quan sát Đúp chuột vào bất cứ máy quan sát nào cũng đều xuất hiện hộp thoại để quan sát các đồ thị và kết quả tạo ra từ quá trình mô phỏng. Click đúp lần nữa để đóng hộp thoại Oscilloscope Tín hiệu điện được quan sát trong miền thời gian sử dụng oscilloscope • Click đúp vào máy quan sát Oscilloscope Visualizer Vì OptiSys_Design có thể truyền tín hiệu và nhiễu tách biệt, người dùng có thể quan sát kết quả tách biệt. Trong oscilloscope, người dùng có thể truy nhập tín hiệu không có nhiễu, chỉ nhieux, cả tín hiệu cùng nhiễu, hoặc tất cả mọi thứ trong cùng đồ thị. 15 Hình 18 – Oscilloscope Máy phân tích quang phổ Tín hiệu quang được quan sát trong miền tần số sử dụng OSA (Máy phân tích quang phổ) • Click đúp vào máy phân tích quang phổ Vì OptiSys_Design sử dụng tín hiệu trộn tượng trưng, người dùng có thể quan sát tín hiệu tùy vào tín hiệu tượng trưng. Mỗi thẻ tương ứng cho 1 tín hiệu tượng trưng như: tín hiệu lấy mẫu, tín hiệu biểu diễn bằng tham số và các bao nhiễu, hoặc biểu diễn tất cả trên cùng đồ thị. Sự phân cực tín hiệu quang có thể truy nhập sử dụng các thẻ ở bên dưới: Công suất tổng cộng (Total power), Công suất của phân cực X và của phân cực Y 16 Hình 19 – Máy phân tích quang phổ (OSA). Máy quan sát tín hiệu quang trong miền thời gian Tín hiệu quang được quan sát trong miền thời gian sử dụng máy này • Click đúp vào Máy quan sát tín hiệu quang trong miền thời gian Trong miền thời gian, OptiSys_Design sẽ biên dịch tín hiệu quang và mật độ phổ công suấ của nhiễu sang nhiễu số học trong miền thời gian Sự phân cực tín hiệu quang có thể truy nhập sử dụng các thẻ ở bên dưới: Công suất tổng cộng (Total power), Công suất của phân cực X và của phân cực Y. Khi chọn phân cực X hoặc Y người dùng cũng có thể chọn pha hoặc Chirp của tín hiệu của phân cực riêng đó. 17 Hình 20 - Máy quan sát tín hiệu quang trong miền thời gian Thu phóng và lần vết Có nhiều công cụ đểu giúp bạn phân tích và xuất thông tin từ đồ thị • Nếu máy phân tích quang phổ hiển thị quá gần, click đúp vào nó • Chuột phải vào phía trên đồ thị chọn biểu tượng Zoom, hoặc click vào nút và chọn công cụ Zoom Công cụ này giúp cho việc thu phóng các vùng trên đồ thị 18 Hình 21 – Công cụ Zoom Bạn có thể lần vết để tìm ra giá trị cho mỗi điểm trên đồ thị. • Click vào nút Menu góc trên bên trái chọn cửa sổ Info • Click vào nút Menu góc trên bên trái chọn Tracer. Công cụ lần vết cho phép bạn quan sát giá trị của mỗi điểm trên đồ thị trong cửa sổ thông tin. 19 Hình 22 – Công cụ lần vết Tracer Lưu lại đồ thị Bạn có thể tạo bảng gồm các điểm với giá trị mỗi điểm thuộc đồ thị và lưu vào 1 file, copy đồ thị vào clipboard dưới dạng ảnh bitmap hoặc xuất ra nhiều định dạng file chẳng hạn meta file hoặc bitmap • Click vào nút Menu góc trên bên trái chọn Table of Points. • Để lưu dữ liệu dưới dạng file text, trong hộp thoại bảng lưu giá trị các điểm click vào nút Export to file 20 Hình 23 –Bảng tập hợp các điểm Lưu kết quả mô phỏng OptiSys_Design cho phép người dùng lưu dữ liệu từ các giám sát. Có nghĩa là bạn có thể lưu file project với các tín hiệu từ các giám sát, lần tiếp theo khi bạn tải file project vào, các máy quan sát sẽ tính toán lại đồ thị và giá trị từ các giám sát đó. • Sau khi quá trình tính toán kết thúc, vào thực đơn File chọn “Save As…” • Trong hộp thoại Save as tích vào ô Save monitor data. Như vậy tất cả kết quả sẽ được lư