《光纤通信》试题计算分析题练习

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《光纤通信》计算、综合、

分析练习公布

精选精炼+课后精讲（QQ在线讲解）

张延锋 2014/8/1

计算、综合、分析题练习

1、 一阶跃折射率光纤,纤芯折射率n1=1、5,相对折射率差??1%,工作波长为1310nm,试计算:

(1) 为了保证单模传输,其芯径应取多大？ (2) 若取芯径a?5?m,求其数值孔径及其模式数。

2、 设PIN光电二极管的量子效率为75％,渡越时间为10ps。问: (1) 计算该检测器的3dB带宽;

(2) 计算在1、3um与1、55um波长时的响应度,并说明为什么在1、55um处

光电二极管比较灵敏。

3、已知阶跃型光纤的n1=1、5,△=0、5％,工作波长λ=1、31μm光纤中的导模M=2求:

(1) 光纤的数值孔径NA。(2分) (2) 全反射临界角θc。(3分) (3) 光纤的纤芯半径a。(5分) 4、 一个GaAsPIN光电二极管平均每两个入射光子,产生一个电子－空穴对,假设所有的电子都被接收。 (1) 计算该器件的量子效率;

(2) 设在1、31um波段接收功率就是10－7W,计算平均输出光生电流。

忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！

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(3) 计算这个光电铒极管的长波长截止点λc(超过此波长光电二极管将不工作)。

5、 某SI型光纤,光纤的芯径d=2a为100μm,折射率n1=1、458,包层的折射率n2=1、450,在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm。 (1)计算该光纤的V参数;

(2)估算在该光纤内传输的模式数量; (3)计算该光纤的数值孔径;

(4)计算该光纤单模工作的波长。

6、 有一GaAlAs半导体激光器,其谐振腔长为300?m,材料折射率n=3、0,两端的解理面的反射率为0、35。 (1)求因非全反射导致的等效损耗系数。

(2)求相邻纵模间的频率间隔与波长间隔。

(3)若此激光器的中心波长λ=1310nm,与此相应的纵模序数。

7、 设140Mb/s的数字光纤通信系统,工作波长1300 nm,其她参数如下:

发射光功率为-3dBm,接收机的灵敏度为-38 dBm (BER=10-9),系统余量为4 dB,连接器损耗为0、5 dB /个,平均接头损耗为0、05 dB/km,光纤损耗为0、4 dB/km,试计算损耗限制传输距离。

8、 分光比为3:1的定向耦合器,假设从输入口0输入的功率为1mW,从输入口0到输入口1的插入损耗为1、5dB,求两个输出口的输出光功率。 9、 已知阶跃折射率光纤中n1=1、52,n2=1、49。

(1)光纤浸没在水中(n0=1、33),求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接

收角;

(2)光纤放置在空气中,求数值孔径。

10、 若一个565Mbit/s单模光缆传输系统,其系统总体要求如下:

光纤通信系统光纤损耗为0、4dB/km,光纤接头损耗为0、1dB/km,光源的入纤功率为-2、5dbm,接收机灵敏度为-37dbm,线路码型5B6B,传输速率为677990kbit/s,光源采用MLM－LD,光源谱宽为2nm,光纤的色散系数为2、5ps/(km nm),ε光通道功率参数取0、115。设计中取光功率代价为1db,光连接器衰减为1db,光纤富余度为0、1db/km,设备富余度为5、5db。 试求:系统的最大中继距离。

11、 弱导波阶跃光纤芯子与包层的折射指数分别为n1=1、5,n2=1、45,试计算: (1)纤芯与包层的相对折射指数差Δ; (2)光纤的数值孔径NA。 12、 光波从空气中以角度?1?33°投射到平板玻璃表面上,这里的?1就是入射光与

玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度,光束一部分被反射,另一

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部分发生折射,如果折射光束与反射光束之间的夹角正好为90°,请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又就是多少？

13、 计算n1?1.48及n2?1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介

质折射率n?1.00,则允许的最大入射角?max为多少？

14、 已知阶跃光纤纤芯的折射率为n1?1.5,相对折射(指数)差??0.01,纤芯半径

a?25?m,若?0?1?m,计算光纤的归一化频率V及其中传播的模数量M。

15、 一根数值孔径为0、20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问: (1)其纤芯直径为多少？

(2)在1310nm波长上可以支持多少个模？ (3)在1550nm波长上可以支持多少个模?

16、 用纤芯折射率为n1?1.5,长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率f0?8MHz的光脉冲,经过该光纤后,信号延迟半个脉冲周期,试估算光纤的长度L。 17、 有阶跃型光纤,若n1?1.5,?0?1.31?m,那么

(1)若??0.25,为保证单模传输,光纤纤芯半径a应取多大？ (2)若取芯径a?5?m,保证单模传输时,?应怎么选择？ 18、 渐变光纤的折射指数分布为

??r???n?r??n?0??1?2?????a?????1/2

求光纤的本地数值孔径。

19、 某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB/km,在1550nm波长处的损耗为

0.3dB/km。假设下面两种光信号同时进入光纤:1300nm波长的150?W的光信

号与1550nm波长的100?W的光信号。试问这两种光信号在8km与20km处的功率各就是多少？以?W为单位。

20、 一段12km长的光纤线路,其损耗为1.5dB/km。试回答:

(1)如果在接收端保持0.3?W的接收光功率,则发送端的功率至少为多少？ (2)如果光纤的损耗变为2.5dB/km,则所需的输入光功率为多少？

21、 有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路,纤芯折射率n1?1.49,相对折射率差??0.01。

(1)求接收端最快与最慢的模式之间的时延差;

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(2)求由模式色散导致的均方根脉冲展宽;

(3)假设最大比特率就等于带宽,则此光纤的带宽距离积就是多少？

22、 有10km长NA?0.30的多模阶跃折射光纤,如果其纤芯折射率为1.45,计算光

纤带宽。 23、 计算一个波长为??1?m的光子能量,分别对1MHz与100MHz的无线电做

同样的计算。

24、 太阳向地球辐射光波,设其平均波长??0.7?m,射到地球外面大气层的光强大约为I?0.14W/cm2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池,试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。

25、 如果激光器在??0.5?m上工作,输出1W的连续功率,试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。

26、 设PIN光电二极管的量子效率为80%,计算在1.3?m与1.55?m波长时的响应

度,说明为什么在1.55?m处光电二极管比较灵敏。

27、 假设我们想要频分复用60路FM信号,如果其中30路信号的每一个信道的

调制指数mi?3%,而另外30路信号的每一个信道的调制指数mi?4%,试求出激光器的光调制指数。

28、 假设一个SCM系统有120个信道,每个信道的调制指数为2、3%;链路包括

一根损耗为1dB/km的12km长的单模光纤,每端有一个损耗为0、5dB的连接器;激光光源耦合进光纤的功率为2mW,光源的RIN=-135dB/Hz;PIN光电二极管接收机的响应度为0、6A/W,B=5GHz,ID=10nA,Req=50Ω,Ft=3dB。试求本系统的载噪比。

29、 假设一个有32个信道的FDM系统中每个信道的调制指数为4、4%,若

RIN??135dB/Hz,PIN光电二极管接收机的响应度为

0.6A/W,B?5GHz,ID?10nA,Req?50?,Ft?3dB。

(1)若接收光功率为?10dBm,试求这个链路的载噪比;

(2)若每个信道的调制指数增加到7%,接收光功率减少到?13dBm,试求这个链

路的载噪比。

30、 一直有一个565Mb/s单模光纤传输系统,其系统总体要求如下: (1)光纤通信系统的光纤损耗为0、1dB/km,有5个接头,平均每个接头损耗为0、

2dB,光源的入纤功率为-3dBm,接收机灵敏度为-56dBm(BER=10-19)。 (2)光纤线路上的线路码型就是5B6B,光纤的色散系数为2ps/(km、nm),光源光

谱宽度为1、8nm。 求:最大中继距离就是多少？

注:设计中选取色散(功率)代价为1dB,光连接器损耗为1dB(发送与接收端各一

个),光纤富于度为0、1dB/km,设备富于度为5、5dB。

31、 一个二进制传输系统具有以下特性: