1、要自信，绝对的自信，无条件的自信，时刻自信，即使在错的时候！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！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）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 ，工作波长为%11310nm，试计算：(1) 为了保证单模传输，其芯径应取多大？(2) 若取芯径 ，求其数值孔径及其模式数。m5a2. 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
2、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 =1.31 m 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 c 。(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 107 W，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 c（超过此波长光电二极管将不工作）
3、 。5. 某 SI 型光纤，光纤的芯径 d=2a 为 100m，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 =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 ，材料折射率 n=3.0，两m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 =1310nm，与此相应的纵模序数。7. 设 140Mb/s 的数字光纤通信系统，
4、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）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，n 2=1.49。（1）光纤浸没在水中(n0=1.33)，求光
5、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 MLMLD，光源谱宽为 2nm，光纤的色散系数为2.5ps/(km nm)， 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
6、。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 ；(2)光纤的数值孔径 NA。12. 光波从空气中以角度 33投射到平板玻璃表面上，这里的 是入射光与1 1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 及 的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质1.48n21.6折射率 ，则允许的最大入射角 为多少？.0max14. 已知阶跃光纤纤芯的折射率为 ，相对折射（指数）差
7、，纤芯1.5n0.1半径 ，若 ，计算光纤的归一化频率 及其中传播的模数量25am0V。M15. 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 ，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率1.5n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）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08fMHz的长度 。L17. 有阶跃型光纤，若 ， ，那么1.5n01.3m（
8、1）若 ，为保证单模传输，光纤纤芯半径 应取多大？0.25 a（2）若取芯径 ，保证单模传输时， 应怎么选择？am18. 渐变光纤的折射指数分布为 1/2012rnra求光纤的本地数值孔径。19. 某光纤在 1300nm 处的损耗为 ，在 1550nm 波长处的损耗为.6/dBkm。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm 波长的 的光0.3/dBkm 150W信号和 1550nm 波长的 的光信号。试问这两种光信号在 8km 和 20km10W处的功率各是多少？以 为单位。20. 一段 12km 长的光纤线路，其损耗为 。试回答：1.5/dk（1）如果在接收端保持 的接收光功率，则发送端
9、的功率至少为多少？.3（2）如果光纤的损耗变为 ，则所需的输入光功率为多少？25/dBkm21. 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 ，1.49n相对折射率差 。0.1（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 的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为 ，计算0.3NA 1.45光纤带宽。23. 计算一个波长为 的光子能量，分别对 1MHz 和 100MHz 的无线电做1m同样的计算。24. 太阳向地球辐射光波，设其平均波长 ，射到地球外面大气
10、层的光0.7m强大约为 。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算20.14/IWc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 上工作，输出 1W 的连续功率，试计算每秒从激活.5m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 和 波长时的响1.3m.5应度，说明为什么在 处光电二极管比较灵敏。1.527. 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光纤通信考前练习题之计算、综合、分析题第 5 页（答案在 14 页）的调制指数 ，而另外 30 路信号的每一个信道的调制指数 ，3%im 4
11、%im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 ，I D=10nA，R eq=50,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，PIN 光电二极管接收机的响应度为 ，135/RINdBHz 0.6/AW， ， ， 。G0D
12、InA50eq3tFdB（1）若接收光功率为 ，试求这个链路的载噪比；1dm（2）若每个信道的调制指数增加到 7%，接收光功率减少到 ，试求13dBm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：最大中继距离是多少？注：设计中选取色散（功率）代价为 1dB，
13、光连接器损耗为 1dB（发送和接收端各一个） ，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：（1）单模光纤色散为 15ps/(nm.km)，损耗为 0.2dB/km。（2）发射机用 的 GaAs 激光源，发射平均光功率为 5mW，谱15nm宽为 2nm。（3）为了正常工作，APD 接收机需要平均 1000 个光子 /比特。（4）在发射机和接收机处耦合损耗共计 3dB。求：（1）数据速率为 10 和 100Mb/s 时，找出受损耗限制的最大传输距离。（2）数据速率为 10 和 100Mb/s 时，找出受色散限制的最大传输距离。（3）对这个特殊
14、系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗和色散两种限制。32. 比较下面两个速率为 100Mb/s 的系统其损耗受限的最大传输距离。系统 1 工作在 850nm：（1）GaAlAs 半导体激光器：0dBm(1mW) 的功率耦合进光纤；（2）硅雪崩光电二极管：灵敏度为-50dBm；（3）渐变折射率光纤：在 850nm 处的损耗为 3.5dBm/km；（4）连接器损耗：每个连接器为 1dB。系统 2 工作在 1300nm：（1）InGaAsPLED：-13dBm 的功率耦合进光纤；（2）InGaAsPIN 光电二极管：灵敏度为-38dBm；光纤通信考前练习题之计算、综合、分析题第 6
15、页（答案在 14 页）（3）渐变折射率光纤：在 300nm 处的损耗为 1.5dBm/km；（4）连接器损耗：每个连接器为 1dB。每个系统均要求 6dB 的系统富于度。33. 某光纤通信系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机灵敏度为-40dBm，设备富余度为 6 dB，光缆富余度为 0.1dB/km，光纤接头损耗为 0.2dB/km，且不考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，如果希望最长中继距离为 60 km，此时的光缆的衰减系数为多大？34. 阶跃型光纤中，已知纤芯折射率 n1=1.51，n 21.49，纤芯半径 a4m ，工作波长 1.31 m。求：（1）相对折射指数差；（2）光纤中传输
16、的模式数量；（3）每公里长度光纤的模式色散35. 一光纤通信系统的光纤损耗为 0.35 dB/km，光发射机的平均发送光功率为 -1 dBm，全程光纤平均接头损耗为 0.05 dB/km。设计要求系统富裕度为 6 dB，无中继传输距离为 70 km。求：（1）满足上述要求，光接收机灵敏度至少应取多少？（2）若要求系统允许的最大接收功率为10 dBm，则光接收机的动态范围至少应取多少？36. 已知阶跃型光纤的 n1=1.5，=0.01 ，芯子半径 a=10m，波长 0=1.5m, 试计算： （1）数值孔径 NA （2）归一化频率 （3）入射光线的激励角范围37. 已知阶跃型光纤的 n1=1.5，=0.5%，0=1.3 m, 若光纤中的导模数量N=2，试问至少纤芯半径为多大？ 38. 有一五次群单模光缆传输系统，线路码型为 3B4B 码，应用 InGaAs-LD，其 ItEg 可得 ，因 GaAs 的禁带Eg24c/.宽度为 1.424ev,所以 。m7c.5. 解：(1) 由于归一化频率 21Van250.48.5.863(2)传播的模式总数 2/M1(3)该光纤的数值孔径: 2NAn0.53(4)该光纤单模工作的波长: (m)21.405can21.63a21.6n9.6. 解 ： 已知 1) 因非全反射导致的等效损耗系数(mm-1) 2)由 q=1,2,3.
