《光纤通信》试题计算分析题练习 - 下载本文

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!!!

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)

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

PIN光电二极管接收机的响应度为0.6A/W,B?5GHz,RIN??135dB/Hz,

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,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??1551nm的GaAs激光源,发射平均光功率为5mW,谱宽

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;

(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。

《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)