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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
忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！
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和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波段接收功率是10－7W，计算平均输出光生电流。
(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和波长间隔。
(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，其他参数如下：
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。
《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第2页（答案在14页）
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和包层的折射指数分别为n1=1.5,n2=1.45,试计算: (1)纤芯和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
部分发生折射，如果折射光束和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？
《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第3页（答案在14页）
（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的光信号和1550nm波长的100?W的光信号。试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少？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）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差； （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和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和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
《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第4页（答案在14页）