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光子学仿真（OptiSystem）实验指导书103．OptiSystem快速入门3.1OptiSystem简介OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合：1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计；2．CATV或者TDM⁄WDM网络设计；3．SONET⁄SDH的环形设计；4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计；5．色散图设计；6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估；7．放大系统的BER和连接预算计算。3.2OptiSystem的简单操作下面简单介绍如何利用OptiSystem3.0进行系统设计仿真。本指导书中出现元件库目录及元件名均以OptiSystem3.0为例，后续版本的元件库结构等有些变化，但总体上变化不大。3.2.1OptiSystem用户图形界面当你打开Optisystem时，你会看到图3.1。光子学仿真（OptiSystem）实验指导书11图3.1软件用户图形界面图形界面的主要部分软件图形界面包含有以下主要窗口：·项目图层·Dockers元件库项目浏览器说明·条形状态栏项目图层这是你插入元器件到图层，编辑元件，建立元件之间联系的主要操作区（见图3.2）。图3.2项目窗口光子学仿真（OptiSystem）实验指导书12Dockers使用Dockers，定位主要布局，演示当前项目的信息：——器件库——项目浏览栏——说明器件库从中获取建立系统项目所需的元件（图3.3）。图3.3器件库项目浏览器组织项目以达到更为有效的结果，可直观地了解当前项目状态（见图3.4）。图3.4项目浏览器光子学仿真（OptiSystem）实验指导书13说明（Description）窗口展示项目相关的详细信息（见图3.5）。图3.5Desscription窗口状态栏在使用OptiSystem时显示有用的提示信息以及其它帮助信息，该栏位于项目图层窗口下方。菜单栏内含OptiSystem中可用的菜单项，这些菜单中的多数项目可以从工具栏或其它列表中获取。工具栏你可以选择主图层窗口中你想要的、可用的工具栏。3.2.2OptiSystem菜单和按钮下面给出在软件中可用的菜单和按钮说明。光子学仿真（OptiSystem）实验指导书14光子学仿真（OptiSystem）实验指导书15光子学仿真（OptiSystem）实验指导书16光子学仿真（OptiSystem）实验指导书17光子学仿真（OptiSystem）实验指导书18光子学仿真（OptiSystem）实验指导书19光子学仿真（OptiSystem）实验指导书203.2.3OptiSystem基本操作1．新建一个空白项目图层在进行一项仿真时，首先需要建立一个新项目。在菜单选项中选择File/New，一个新的空白项目就建成了，如图3.6。图3.6空白项目图2．在主图层（MainLayout）中放置元器件为了在主图层中放置元件，可以直接从元件库中将其拖到主图层，如图3.7所示。图3.7从元件库中拖放一个元件到主图层光子学仿真（OptiSystem）实验指导书213．自动连接特性默认情况下，图层的自动连接功能是开启的。当将一个元件放置到图层或是在图层中移动一个元件时，这个元件的输入端会“自动”与最靠近的另一个元件的输出端连接。这种“自动”连接功能可自行判断两个元件端口之间信号属性是否一致，只有属性相同的输出端口和输入端口才会形成自动连接。点击LayoutOperations工具条，可以开启或关闭“元件加入自动连接”（AutoConnectonDrop）和“元件移动自动连接”（AutoConnectonMove）功能，如图3.8所示。（a）关闭（b）开启图3.8自动连接功能的开启和关闭4．手动连接元件元件之间也可通过手动方式连接，连接的端口仅仅是那些在它们之间有同类型信号转移的端口。对这一条规则的例外是能被加到一个子系统的端口和在库中确定的那些支持任何类型信号的端口部件（例如：Forks）。注意：你只能把输出端连接到输入端或把输入端连接到输出端。图3.9RubberBandcursor用图层工具来连接元件，需要执行下列操作：步骤操作1光标放到开始的端口上。光标变为橡皮带光标（带链环）（如图3.9所示）。工具顶端显示出这一个端口可用的信号类型（如图3.10所示）。2单击、拖动连接到端口，端口被连接（图3.11）。图3.10显示端口可用的信号类型光子学仿真（OptiSystem）实验指导书22图3.11元件连接5．多个观察仪连接到一个端口在图层中加入一个观察仪器（例如示波器、频谱仪等连接到一个）并将它们连接到元件的输出端口时，软件系统会在元件输出端口自动加上一个监视器（Monitor），用以保存测试数据。在按下LayoutTools菜单条上MonitorTool按钮的情况下，移动光标到某个元件输出端口，就可为这个元件输出端口加上监视器。图3.12LayoutTools中的MointorTool通常情况下，不能够用多个连接从同一端口连接到几个不同的部件。然而，如果已经在端口安装了监控器，就可以连接多个观察仪（如图3.13）。图3.13接有多个观察仪的端口如果你试着删除连接观察仪的一个监控器，会出现一个警告（如图3.14）。图3.14试图断开观察仪时的对话框6．项目仿真：对仿真设计图检查无误后，在工具栏选项中选择进行仿真，如图3.15光子学仿真（OptiSystem）实验指导书23图3.15仿真图示界面仿真完成后，点击关闭仿真图示界面，然后点击图层中相应的观察仪，就能得到仿真测试的结果。3.2.4子系统一个子系统简化了部件的图层。1．创造一个子系统创造一个子系统需要执行下列操作。步骤操作1在Mainlayout中选择部件。2在这个部件旁的选择框中右击。出现Layoutcontext菜单（见图3.16）。3选择菜单中的CreateSubsystem选项。光子学仿真（OptiSystem）实验指导书24图3.16Layoutcontext菜单2．创建一个空的子系统为了要创建一个空的子系统，需要执行下列操作。步骤操作1在Mainlayout中右击。2选择菜单中的CreateSubsystemsystem选项。在Mainlayout中出现一个透明框的子系统图标。3选择子系统图标并右击。出现图层菜单。4选择LookInside选项。在图层子系统打开，出现子系统标签。或步骤操作1选择EditComponentCreateSubsystem选项。在Mainlayout中出现一个透明框的子系统图标。2选择子系统图标并右击。出现图层菜单。3选择LookInside选项。在图层子系统打开，出现子系统标签。光子学仿真（OptiSystem）实验指导书25图3.17子系统特性对话框标签（Lable）表示子系统的名字。子系统默认的表示方法是一个透明框，如图3.18所示。可以让你见到子系统内部的部件和它们的连接关系。用户可以通过修改子系统属性中的SubsystemRepresentation项，选用某个图形文件作为子系统的图像。图3.18子系统表示：透明框3．打开一个子系统图层你在一个图层中创建一个子系统后，如果需要观看和操作子系统内部元件，可在Mainlayout中选中子系统，在主菜单中选择EditComponentLookInside选项（也可单击右键并在弹出菜单中选择LookInside选项）一旦你打开子系统，一个子系统标签自动地出现在窗口底部的MainLayout标签旁边（图3.19）。每个子系统有它自己的标签。光子学仿真（OptiSystem）实验指导书26图3.19子系统标签4．关闭一个子系统图层当你关闭子系统时，并没有删除它。关闭一个子系统只是关闭了这个子系统工作区域并把Mainlayout旁边的子系统标签移除。子系统本身留在Mainlayout窗口中选择CloseSubsystem选项即可，也可从菜单工具栏的选择EditComponentCloseSubsystem选项关闭子系统。5．子系统输入和输出端口工具当你在子系统窗口中工作的时候，在LayoutTools工具栏中输入和输出端口这二个工具就能用了。这二个工具允许你把输入和输出端口插入到子系统内。为了要分配输入或者输出端口给一个子系统，需要执行下列操作。步骤操作1在Mainlayout中选择子系统，子系统被加亮。2在子系统上右击，出现图层菜单。3选择LookInside选项。注意：当子系统已经打开时，操作不能执行。如果是这种情形，在Mainlayout视图中点击子系统标签选项。4在LayoutTools工具栏中点击Draw-InputPortTool或Draw-OutputPortTool选项。5移动你的光标到子系统工作区域边缘上。光标变为命令”Out或In。6点击放置端口。注意：如果要使子系统有一个输出端口，那么子系统的部件内部一定有一个输出端口。同样地，如果要使子系统本身有一个输入端口，子系统的部件内部一定有一个输入端口。图3.20子系统输入、输出端口创建光子学仿真（OptiSystem）实验指导书273.2.5参数扫描在仿真分析过程中，为了了解某个参数对仿真结果的影响，需要在同一个环境下改变这个参数，多次进行仿真运算。OptiSystem提供一个参数扫描功能，能够简化这一工作。下面以一个实例来说明操作过程。图3.21反向泵浦EDFA图3.21是一个反向泵浦EDFA放大器，为了观察EDFA增益和噪声系数与泵浦激光器的泵浦输出功率之间的关系，可将泵浦激光器的参数Power在某个范围内取多个值，然后分别仿真计算得到相应的结果。利用参数扫描功能的操作过程如下：步骤操作1在Mainlayout中选择PumpLaser；2单击右键，在弹出的菜单中选择ComponentProperties打开；3选择Power一栏中Mode，出现一个选项下拉菜单（图3.22），选择Sweep选项。图3.22Sweep选项光子学仿真（OptiSystem）实验指导书284此时，Power栏中的Value项出现两个新的图标，单击，会弹出一个要求输入扫描重复次数的窗口，这里选择5次，接着弹出扫描参数值设置窗口（图3.23中间的窗口），选中所有的5个扫描参数行，然后在SpreadTools中选择线性分布，根据提示输入起始值和终值即可，如图3.23所示；图3.23Sweep参数设置5关闭Sweep参数设置窗口，执行仿真运算，此时仿真窗口会显示仿真进度，在执行5次后仿真过程结束。此时点击DualPortWDMAnalyzer，可以观察到5次仿真计算的最后一次的结果，通过Layout菜单的扫描场景下拉菜单，可以选择观察其中任何一次的仿真计算结果，如图3.24所示。图3.24观察扫描仿真结果光子学仿真（OptiSystem）实验指导书29如果要直接画出仿真测试结果与扫描参数之间的曲线图，则可以在扫描仿真结束后，在项目窗口下从Layout切换到Report窗口，点击该菜单栏上的Opti2DGraph按钮，在Report窗口拉出一个2DGraph显示框，然后在左侧的ProjectBrowser选择扫描选定的参数（