光纖通信試題計(jì)算分析題練習(xí)

1、要自信，絕對(duì)的自信，無(wú)條件的自信，時(shí)刻自信，即使在錯(cuò)的時(shí)候！光纖通信計(jì)算、綜合、分析練習(xí)公布精選精煉+課后精講（QQ在線講解）張延鋒2014/8/1忍人之所不能忍，方能為人知所不能為！ ！計(jì)算、綜合、分析題練習(xí)1. 一階躍折射率光纖，纖芯折射率 ni=1.5，相對(duì)折射率差厶=1%，工作波長(zhǎng)為 1310 nm，試計(jì)算：(1) 為了保證單模傳輸，其芯徑應(yīng)取多大？若取芯徑a =5m，求其數(shù)值孔徑及其模式數(shù)。2. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為75%,渡越時(shí)間為10pso問(wèn)：(1) 計(jì)算該檢測(cè)器的3dB帶寬； 計(jì)算在1.3um和1.55um波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度，并說(shuō)明為什么在1.55um處光電 二極管比較靈

2、敏。3. 已知階躍型光纖的n1=1.5, =0.5%，工作波長(zhǎng)入=1.31卩m光纖中的導(dǎo)模M=2求：(1) 光纖的數(shù)值孔徑NA。 (2分)全反射臨界角9 c。(3分)(3)光纖的纖芯半徑a。(5分)4. 一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每?jī)蓚€(gè)入射光子，產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，假 設(shè)所有的電子都被接收。(1) 計(jì)算該器件的量子效率；(2) 設(shè)在1.31um波段接收功率是10 7W,計(jì)算平均輸出光生電流。(3) 計(jì)算這個(gè)光電鉺極管的長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn)入c (超過(guò)此波長(zhǎng)光電二極管將不工作)。5. 某SI型光纖，光纖的芯徑d=2a為100 m，折射率n1=1.458，包層的折射率n2=1.450,在該光纖中傳輸

3、的光波的波長(zhǎng)入=85Onm(1) 計(jì)算該光纖的V參數(shù)；(2) 估算在該光纖內(nèi)傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；(3) 計(jì)算該光纖的數(shù)值孔徑；(4) 計(jì)算該光纖單模工作的波長(zhǎng)。6. 有一 GaAlAs半導(dǎo)體激光器，其諧振腔長(zhǎng)為300 5，材料折射率n=3.0,兩端 的解理面的反射率為0.35。(1) 求因非全反射導(dǎo)致的等效損耗系數(shù)。(2) 求相鄰縱模間的頻率間隔和波長(zhǎng)間隔。(3) 若此激光器的中心 波長(zhǎng)入=1310nm與此相應(yīng)的縱模序數(shù)。7. 設(shè)140Mb/s的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，工作波長(zhǎng)1300 nm,其他參數(shù)如下： 發(fā)射光功率為-3dBm,接收機(jī)的靈敏度為-38 dBm (BER=10-9)，系統(tǒng)余量為 4 d

4、B,連接器損耗為0.5 dB /個(gè)，平均接頭損耗為0.05 dB/km,光纖損耗為0.4 dB/km,試計(jì)算損耗限制傳輸距離。8. 分光比為3： 1的定向耦合器，假設(shè)從輸入口 0輸入的功率為1mW，從輸入口 0到輸入口 1的插入損耗為1.5dB，求兩個(gè)輸出口的輸出光功率。9. 已知階躍折射率光纖中ni=1.52, n2=1.49。(1) 光纖浸沒(méi)在水中(nO =1.33)，求光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大 接收角；(2) 光纖放置在空氣中，求數(shù)值孔徑。10. 若一個(gè)565Mbit/s單模光纜傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為0.4dB/km，光纖接頭損耗為0.1dB/k

5、m，光源的 入纖功率為-2.5dbm，接收機(jī)靈敏度為-37dbm,線路碼型5B6B，傳輸速率為 677990kbit/s，光源采用 MLM LD，光源譜寬為 2nm,光纖的色散系數(shù)為 2.5ps/(km nm)，&光通道功率參數(shù)取0.115。設(shè)計(jì)中取光功率代價(jià)為1db,光連 接器衰減為1db，光纖富余度為0.1db/km,設(shè)備富余度為5.5db。試求：系統(tǒng)的最大中繼距離。11. 弱導(dǎo)波階躍光纖芯子和包層的折射指數(shù)分別為n1=1.5,n2=1.45試計(jì)算：(1) 纖芯和包層的相對(duì)折射指數(shù)差 ;(2) 光纖的數(shù)值孔徑NA。12. 光波從空氣中以角度-33°投射到平板玻璃表面上，這

6、里的3是入射光與玻璃表面之間的夾角。根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一 部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好為 90°，請(qǐng)問(wèn)玻璃 的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？13. 計(jì)算E =1.48及=1.46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介質(zhì)折射率n =1.00，則允許的最大入射角 為多少？14. 已知階躍光纖纖芯的折射率為幾=1.5，相對(duì)折射(指數(shù))差厶=0.01，纖芯半徑a =25心，若° =rlm，計(jì)算光纖的歸一化頻率V及其中傳播的模數(shù)量M。15. 一根數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在 850nm波長(zhǎng)上可以支持100

7、0 個(gè)左右的傳播模式。試問(wèn)：(1) 其纖芯直徑為多少？(2) 在1310 nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模？(3) 在1550nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模？16. 用纖芯折射率為口 =1.5，長(zhǎng)度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率 f°=8MHz的光脈沖，經(jīng)過(guò)該光纖后，信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，試估算光纖的長(zhǎng)度Lo17. 有階躍型光纖，若n =1.5，'0 =1.31m，那么(1) 若厶=0.25，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑a應(yīng)取多大？光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第3頁(yè)(答案在14頁(yè))18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.(2) 若取芯徑a =5m，保證單模

8、傳輸時(shí)，厶應(yīng)怎么選擇?漸變光纖的折射指數(shù)分布為-n(r)= n(0)|1 -1/2求光纖的本地?cái)?shù)值孔徑。某光纖在1300nm處的損耗為0.6dB/km，在1550nm波長(zhǎng)處的損耗為0.3dB/km假設(shè)下面兩種光信號(hào)同時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm波長(zhǎng)的150-W的光信號(hào)和1550nm波長(zhǎng)的100的光信號(hào)。試問(wèn)這兩種光信號(hào)在8km和20km處的功率 各是多少？以w為單位。一段12km長(zhǎng)的光纖線路，其損耗為1.5dB/km。試回答：(1) 如果在接收端保持03W的接收光功率，則發(fā)送端的功率至少為多少？(2) 如果光纖的損耗變?yōu)?.5dB/km，則所需的輸入光功率為多少？有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的 5k

9、m長(zhǎng)的光纖鏈路，纖芯折射率 幾=1.49， 相對(duì)折射率差0.01。(1) 求接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差；(2) 求由模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬；(3) 假設(shè)最大比特率就等于帶寬，則此光纖的帶寬距離積是多少？有10km長(zhǎng)NA =0.30的多模階躍折射光纖，如果其纖芯折射率為1.45，計(jì)算光 纖帶寬。計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)為 =1心的光子能量，分別對(duì)1MHz和100MHz的無(wú)線電做 同樣的計(jì)算。太陽(yáng)向地球輻射光波，設(shè)其平均波長(zhǎng) =0.7m ,射到地球外面大氣層的光強(qiáng)大約為I -0.14W/cm2。如果恰好在大氣層外放一個(gè)太陽(yáng)能電池，試計(jì)算每秒鐘到達(dá)太陽(yáng)能電池上每平方米板上的光子數(shù)。如果激光器在&#

10、39;=0.lm上工作，輸出1W的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激活 物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)。設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%,計(jì)算在1.3m和1.55m波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度，說(shuō)明為什么在1.55 5處光電二極管比較靈敏。假設(shè)我們想要頻分復(fù)用60路FM信號(hào)，如果其中30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)mi =3%，而另外30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù) mi =4%，試光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第4頁(yè)(答案在14頁(yè))求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。28假設(shè)一個(gè)SCM系統(tǒng)有120個(gè)信道，每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)為2.3% ;鏈路包括 一根損耗為1dB/km的12km長(zhǎng)的單模光纖，每端有一個(gè)損耗為 0.

11、5dB的連 接器；激光光源耦合進(jìn)光纖的功率為2mW,光源的RIN=-135dB/Hz ； PIN光電二極管接收機(jī)的響應(yīng)度為 0.6A/W , B=5GHz , Id=10nA, Req=50Q后3dB。 試求本系統(tǒng)的載噪比。29. 假設(shè)一個(gè)有32個(gè)信道的FDM系統(tǒng)中每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)為4.4%，若RIN 135dB/Hz,PIN光電二極管接收機(jī)的響應(yīng)度為 0.6A/W , B = 5GHz ,I d = 10nA , Req = 50, Ft = 3dB。(1) 若接收光功率為-10dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比；(2) 若每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)增加到 7%,接收光功率減少到-13dBm，試求 這個(gè)

12、鏈路的載噪比。30. 一直有一個(gè)565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：(1) 光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1dB/km，有5個(gè)接頭，平均每個(gè)接頭損耗 為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm,接收機(jī)靈敏度為-56dBm( BER=10-19)(2) 光纖線路上的線路碼型是 5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/ (km.nm),光 源光譜寬度為1.8 nm。求：最大中繼距離是多少？注：設(shè)計(jì)中選取色散(功率)代價(jià)為 1dB,光連接器損耗為1dB (發(fā)送和接 收端各一個(gè))，光纖富于度為0.1dB/km，設(shè)備富于度為5.5dB。31. 一個(gè)二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)具有以下特性：(1) 單模光纖色散為

13、15ps/(nm.km),損耗為0.2dB/km。(2) 發(fā)射機(jī)用1551 nm的GaAs激光源，發(fā)射平均光功率為5mW，譜寬 為 2nm。(3) 為了正常工作，APD接收機(jī)需要平均1000個(gè)光子/比特。(4) 在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)處耦合損耗共計(jì) 3dB。求：(1) 數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時(shí)，找出受損耗限制的最大傳輸距離。(2) 數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時(shí)，找出受色散限制的最大傳輸距離。(3) 對(duì)這個(gè)特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗 和色散兩種限制。32. 比較下面兩個(gè)速率為100Mb/s的系統(tǒng)其損耗受限的最大傳輸距離。系統(tǒng)1工作在850nm：(1) GaAl

14、As半導(dǎo)體激光器：0dBm(1mW)的功率耦合進(jìn)光纖；(2) 硅雪崩光電二極管：靈敏度為-50dBm；(3) 漸變折射率光纖：在850nm處的損耗為3.5dBm/km ；(4) 連接器損耗：每個(gè)連接器為1dB。系統(tǒng)2工作在1300nm：(1) InGaAsPLED： -13dBm的功率耦合進(jìn)光纖；(2) InGaAsPIN光電二極管：靈敏度為-38dBm；(3) 漸變折射率光纖：在300nm處的損耗為1.5dBm/km ；(4) 連接器損耗：每個(gè)連接器為1dB。每個(gè)系統(tǒng)均要求6dB的系統(tǒng)富于度。33. 某光纖通信系統(tǒng)，其發(fā)送光功率為-4dBm，光接收機(jī)靈敏度為-40dBm，設(shè)備富余度為6 dB

15、,光纜富余度為0.1dB/km，光纖接頭損耗為0.2dB/km，且不 考慮色散的影響，求當(dāng)無(wú)光纜配線架時(shí)，如果希望最長(zhǎng)中繼距離為60 km，此時(shí)的光纜的衰減系數(shù)為多大？34. 階躍型光纖中，已知纖芯折射率ni=1.51，n2= 1.49,纖芯半徑a= 4m，工作波長(zhǎng)入=1.31卩。求：(1) 相對(duì)折射指數(shù)差；(2) 光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；(3) 每公里長(zhǎng)度光纖的模式色散35. 一光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為 0.35 dB/km，光發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為-1 dBm，全程光纖平均接頭損耗為0.05 dB/km。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)富裕度為6 dB， 無(wú)中繼傳輸距離為70 km。求：(1) 滿(mǎn)足上述要求，

16、光接收機(jī)靈敏度至少應(yīng)取多少？(2) 若要求系統(tǒng)允許的最大接收功率為一10 dBm，則光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍至 少應(yīng)取多少？36. 已知階躍型光纖的n1=1.5， =0.01芯子半徑a=10ym,波長(zhǎng) 入0=1.5卩試, 計(jì)算：(1) 數(shù)值孔徑NA(2) 歸一化頻率(3) 入射光線的激勵(lì)角范圍37. 已知階躍型光纖的n1=1.5, =0.5%,入0=1.3卩m,若光纖中的導(dǎo)模數(shù)量N=2, 試問(wèn)至少纖芯半徑為多大？38. 有一五次群?jiǎn)文９饫|傳輸系統(tǒng)，線路碼型為3B4B碼，應(yīng)用InGaAs-LD，其It50mA ,標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)為1310nm,光譜寬度為2nm,發(fā)送光功率為-2.3dBm,接 收靈敏度為-38

17、dBm,動(dòng)態(tài)范圍20dB采用的光纜其固有損耗為0.4dB/km,接 頭損耗為0.1dB/km，光連接器衰減為1dB,光纖色散系數(shù)2.0ps/nm k光, 纖富余度為0.1dB/km。若考慮1dB色散代價(jià)(&取0.115), 5dB設(shè)備富余度， 試計(jì)算在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，最大中繼距離為多少？39. 一無(wú)備用系統(tǒng)的光纜通信系統(tǒng)，在 420km內(nèi)共設(shè)10個(gè)中繼器，各種設(shè)備的 故障率如下：設(shè)備種類(lèi)故障率(fit)140Mb/s光端機(jī)20000 (一端)140Mb/s中繼器7000 (一線)光纜200 (一公里)供電7500 (一端)求：(1) 系統(tǒng)總故障率。(2) 平均無(wú)故障時(shí)間。40. 已知均勻光

18、纖的 m=1.51, =0.01,工作波長(zhǎng)入0=0.85卩m,當(dāng)纖芯半徑a=25 卩m。試求：(1)此光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)是多少？(2) 若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)為多少？(3) 系統(tǒng)中米用1 : 1的主備比，在系統(tǒng)發(fā)送和接收端各存在一個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備， 轉(zhuǎn)換設(shè)備的故障率為200fit (端)，平均故障修復(fù)時(shí)間為4小時(shí)。求: 此系統(tǒng)的失效率。 若系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命為20年，則在此間系統(tǒng)的中斷通信時(shí)間。41. 如果在無(wú)備用系統(tǒng)情況下，容許 5000km光纖通信系統(tǒng)雙向全程每年 4次全 程故障，那么280km的數(shù)字段雙向全程每年允許出現(xiàn)的全程故障是多少次？42. 某激光器的輸出光功率為500mw,問(wèn)此功率可

19、折合為多少dBm?43. 某種光纖的纖芯和包層的折射率分別是 1.48和1.46，則其臨界傳播角為？44. 光接收機(jī)的靈敏度是指在滿(mǎn)足給定誤碼率或信噪比條件下，接收機(jī)接受微弱信號(hào)的能力，工程上常用最低平均光功率來(lái)描述，現(xiàn)若有最低平均光功率 為10mW，則其靈敏度為？45. 光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍D是指在保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)的最低光功率和最大允許光功率之比，現(xiàn)知和 分別是10W和 100VV則其動(dòng)態(tài)范圍D為？46. 一階躍折射率光纖，已知纖芯和包層的折射率分別是：,現(xiàn)僅考慮模式色散，貝(1) 每1km長(zhǎng)度的脈沖寬度。(2) 假設(shè)輸入光脈沖的寬度 T與模式色散產(chǎn)生的展寬相比可以忽略不計(jì)，

20、在以上情況下計(jì)算可傳輸光脈沖的最大比特率。47. 一階躍折射率光纖，已知纖芯和包層的折射率分別是：，求：(1) 其臨界入射角；(2) 其臨界傳播角;(3) 其數(shù)值孔徑NA(4) 其最大接收角 ；(5) 是否能得知相對(duì)折射率差 的大小？相對(duì)折射率差 和光纖與光源之間的 耦合效率有何關(guān)系？實(shí)際光纖對(duì) 有什么要求？48. 已知某光纖參數(shù)如下：，纖芯折射率為。試問(wèn)：(1) 此光纖能否傳輸波長(zhǎng)的 和 模？說(shuō)明理由。(2) 如要使和模能夠傳輸，光波長(zhǎng)應(yīng)做怎樣的調(diào)整？49. 已知某光纖參數(shù)如下：，纖芯折射率為。若干模的截止頻率和若干模的截止頻率如表1和表2。試問(wèn)：(1) 當(dāng)光波長(zhǎng)分別為，時(shí)，光纖中能傳輸哪些

21、導(dǎo)波模？(2) 從(1)中能看出波長(zhǎng)與歸一化頻率、可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量有何關(guān)系？可 傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量與歸一化頻率的近似關(guān)系表達(dá)式是？(3) 歸一化頻率的值一般還決定了包層傳輸?shù)墓β收伎偣β实谋壤?，?duì)于上例光波長(zhǎng)為而言，若假設(shè)總功率為1000dBm則包層傳輸?shù)墓β拾鼘訛槎嗌?？?若干模的截止頻率模式截止頻率2.0455.5208.65411.7923.8327.01610.17313.32表2若干模的截止頻率模式截止頻率3.3827.01610.17313.3245.1368.41711.62014.7950. 已知某階躍光纖參數(shù)如下：，纖芯折射率為，其中光波長(zhǎng)是，求單模傳輸時(shí)光纖具有的纖芯半徑。51

22、. 對(duì)于單縱模激光器，定義邊模抑制比MSR為主模功率 主與次邊摸功率 邊之比，它是半導(dǎo)體激光器頻譜純度的一種度量，若主，邊，貝U MSR為？52. 光檢測(cè)器的響應(yīng)度R表明了光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的效率，現(xiàn)知光檢測(cè)器的光電流，其入射光功率為，則響應(yīng)度R的大小為？53. 某LAN光纖鏈路工作波長(zhǎng)，鏈路長(zhǎng)度，最大比特率為16Mb/s，采用線寬為 20nm的LED光源，光設(shè)備的上升時(shí)間為8ns,10/100Mb/s LAN最大光纜長(zhǎng)度如表1,用MMF (多模光纖)62.5/125 的 光纖。表110/100Mb/s LAN最大光纜長(zhǎng)度LAN類(lèi)型波長(zhǎng)/nm最大長(zhǎng)度/m最大損耗dB/km帶寬距離積/

23、Mb/s x km纖芯50纖芯62.5纖芯50纖芯62.510Base-F850100020003.75500160100Base-FX1300200020001.5500500100Base-SX85020003.75500求：(1) 系統(tǒng)要求的上升時(shí)間。(2) 模式色散引起的脈沖展寬，即光線模式上升時(shí)間(3) 色度色散引起的脈沖展寬。(4) 求系統(tǒng)實(shí)際上升時(shí)間。(5) 可以達(dá)到指定的比特率嗎？ 如果光纖的帶寬不能滿(mǎn)足要求，你認(rèn)為該如何解決？注：色度色散計(jì)算公式一(一)和光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第9頁(yè)(答案在14頁(yè))計(jì)算、綜合、分析題練習(xí)答案1.解：由單模傳輸條件n；得 a 乞

24、 2.405' =2.3652兀山J2也由數(shù)值孔徑的定義式有NA 二.n2 n； = n, . 2=0.21Vn22 二a n,. 2> = 5.03則模式數(shù)為mV2= 12.652光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第11頁(yè)(答案在14頁(yè))所以光纖中存在13個(gè)模式2.解：0 420 42/(1) fcd =10 102"2 10MH"42GHZ(2)響應(yīng)度R定義為光生電流Ip與輸入光功率Pin之比，即P = Ip/Pin因?yàn)槿肷涔夤β蕦?duì)應(yīng)于單位時(shí)間內(nèi)平均入射的光子數(shù)Pn /( hfc)而入射光子以量子效率 部分被吸收，并在外電路中產(chǎn)生光電流，則有響應(yīng)度hf

25、c 1.240 75 乂 1 3 波長(zhǎng)為 1.3um 時(shí)，P = =0.79(A/W)_1.24一0 75 工1 55 波長(zhǎng)為 1. 55um 時(shí)，二 -0.94 (A/W)1.24由上式可知，在量子效率一定時(shí)，響應(yīng)度與波長(zhǎng)成正比。所以由PIN在1.55um 處的靈敏度高于在1.3um處。3. 解: (1) NA =n 1-2厶=1.5、20.005 =0.152 2(2) ；=£1 茫=0.005 ;.= . 0.992n1n1n 2<'乙=arcsin()= arcsin( . 0.99 ) =84.3 ，n1(3) m = V 2 ;.7=2 V=-a n n；

26、=? n住.-2 ： = 24.解:V 2 二 ni 2 .' ：2 1.3123.141.5、20.005=2.78（m ）(1)由量子效率的定義得光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第17頁(yè)(答案在14頁(yè))光生電子一空穴)=A_A r Uz g = = 50%)入射光子數(shù) 2由公式=理,得_ P°ehTP°e'hc= 5.3 10-A6.628 10少 3 1080.5x10, x1.6況10山 x1.31 況10衛(wèi)根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件hf>Eg可得匕=1.24/Eg，因GaAs的禁帶寬度為 1.424ev所以 C =0.87.im5. 解：（

27、1）由于歸一化頻率 V-501.4582 -1.4520.85=56.36傳播的模式總數(shù)M二V2/2=1588(3) 該光纖的數(shù)值孔徑：NA = .： r12 - nf -0.153(4) 該光纖單模工作的波長(zhǎng)：c 2 a、,n2_ n2二 2.613an：- n：二 2.613 50 .n：_ n2二 19.9(卩 m)2.4056. 解： 已知-二：匕二:=:-_1)因非全反射導(dǎo)致的等效損耗系數(shù)a=ln=lno3'50（mm-1）2）由 | 二 J q=1,2,3.二第q個(gè)縱模的諧振頻牽v,= q圭今頻率間隔航=中時(shí)丄一 =圭=a 1.7 * IO11（Hz）波長(zhǎng)間隔9.5 10-

28、0(m)3)由也一口釦佃勺“士” i.ai-aqr*13747. 解：根據(jù)題意得FS - -3 dBm , PR - -38 dBm，: f = 0.4 dB/ km , :- s 二 0.05 dB / km , :c =0.5 dB/個(gè),M =4 dB由 FS - Pr =2:匕 L: f M L sPS - PR - 2=c - M*s一338 一2。.如 km0.4 0.058. 解：由題意得Sr=3即氏=六:/故有R =3“已知-10lg $ =1.5，得 旦=10-0.15P0R由于 P0 -1 mw 所以 R =巳10-0.15 =10-0.15=0.70 mw11P，R10-0

29、.15=0.23 mw339. (1)見(jiàn)圖，由折射定律可得n0Sin a =nin ( 1 )n 1sin(90-°=n2Si門(mén)丫(2)要使光波能在光纖中傳輸，右圖中的A點(diǎn)必須滿(mǎn)足全反射條件。因此，當(dāng)丫 =90。 時(shí)，式(2)變?yōu)閏osB=門(mén)1由式(1)和式聯(lián)立可得2 2n2 1n將題中已知參量代入式(4),得到sin0.226' 1.52 2 -149 20C =1.33二 a 13.06即光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角為13.06°(2)光纖放置在空氣中，則 no=1NA= n -n2 = 1522 -1.492 : 0.3010.解：衰減的影響La

30、=(PT-PR-2Ac-Pp-Me)/(Af+As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km)色散的影響Ld=( £X6J/0B XAXX D)=(0.1伽(677.99 2X2.5)=33.9km 由上述計(jì)算可以看出,中繼段距離只能小于33.9km對(duì)于大于33.9km的線段, 可采取加接轉(zhuǎn)站的方法解決。11.對(duì) 于弱導(dǎo) 波光纖：A =(n1-n2)/n仁(1.5-1.45)/1.5=0.033;NA=n1 V (2 A )=1.5 V(2*0.033)=0.387。12. 解：入射光與玻璃表面之間的夾角d =33°則入射角6

31、= 57 °反射角6=57 °由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為 90°所以折射角33由折射定律n sin® = ny sin&y , 口 = 1得到= ny = sin i /siny = sin 67/sin331.69其中利用了空氣折射率ni = 1。這種玻璃的臨界角為v - arcs inny11.690.5913. 解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為NA=sin 仏= n - n2 : 0.24允許的最大入射角務(wù) =arcsin 0.24自己用 matlab算出來(lái)14. 解：光纖的歸一化頻率2 二'02 點(diǎn)：.2V a 口 - 壓 ，

32、0:30.27光纖中傳播的模數(shù)量15.解:(1 )由V1 - a、, n 1 -n2 - a NA，得到纖心直徑為V2 M5542a 一2二丄2M10.85 2000NA_2二NA 一 0.20(2)當(dāng)'2 =1.31，有12M7 _、2 .2MZ2 二 NA 2 二 NA得到模的個(gè)數(shù)為16.17.18.19._ 2 2M2 二二 Mt 二 0.85 21000 =421>2(1.31 j(3)當(dāng)2 =1.55m，得到模的個(gè)數(shù)為2 2M3 仝 M1 = J85 21000 =354k(1.55)解：信號(hào)的周期為T(mén) =1/ fo信號(hào)在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹橛捎谛盘?hào)延遲半個(gè)脈沖周期，則光

33、纖的長(zhǎng)度 L為8, T c 13X10L 二 v2 n12 f0百=12.5m1.5 2 8 102 亓 2-ttp 解：(1)由歸一化頻率V = a. m -門(mén)2二一 a2厶得到二-0'00 Va =2 二 n1 . 2.:為了保證光纖中只能存在一個(gè)模式，則要求V： 2.405，則要求光纖纖芯半徑0 2.4051.312.405a0.47 m2 二 n1 2 厶 2 二 1.5：爲(wèi) 2 0.25(2)若取芯徑a=5m，保證單模傳輸時(shí)，則1)V '一1-T1-)2.405 '2>2兀ra丿2a兀 ma /:0.002A =解：漸變光纖纖芯中某一點(diǎn)的數(shù)值孔徑為NA(

34、r )=Jn2(r ) n2(a )=2曲2(。“ _ 乜解：由礙，得P0話10”L Po對(duì)于 1300nm 波長(zhǎng)的光信號(hào)，：=0.6dB/km, L = 8km & 2°km ,R =15°側(cè)在8km和20km處的功率各是PO = P10FL/10 =150 漢 10.4w150r01.2AW對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，：=°.如/ km, L = 8km & 2°km , R = 1°°側(cè)在8km和20km處的功率各是20.RO = R10-：l/10 =100 10°24側(cè)，100 10亠6側(cè)解：（1

35、）根據(jù)損耗系數(shù)定義10 lg Plg -L Po得到發(fā)送端的功率至少為巳=R10亠/10 =0.3 10（2）如果光纖的損耗變?yōu)?.5dB/km，則所需的輸入光功率為J/103.FO =R10=0.3 10 7W21.解：（1）纖芯和包層的相對(duì)折射率差 厶為光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第14頁(yè)（答案在14頁(yè)）2 2ni -n22 0.012冷則得到n2 =1.475接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差23； 唱 心7七75 嘰0.113（2）模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實(shí)際上就等于最快和最慢的模式之間 的時(shí)延差、.T 二旦.：0.113 七cn2（3）光纖的帶寬距離積4e4漢3漢108

36、BL 22 = 8.05km Gb / s厲也2 1.49乂0.01222.解：纖芯和包層的相對(duì)折射率厶為.1 NA 12 1.45A =-2 I n1 丿由階躍光纖的比特距離積BL益，得到光纖帶寬cB49 Mb / s2厲：L23.解：波長(zhǎng)為，=Vlm的光子能量為8E =hfc 二he/ =6.63 104J s3 106m/s=1.99 10F 10 m對(duì)1MHz和100MHz的無(wú)線電的光子能量分別為E =hfc =6.63x104JE =hfc =6.63 10-4 Js 100 106Hz=6.63 10-6J24.解：光子數(shù)為n 二丄 104 二匹 10hfc4 °14 6

37、63 103 108 103.98 10-1660.7 10一25.解：粒子數(shù)為6 28s 1 10 Hz 二 6.63 10 一 J光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第25頁(yè)(答案在14頁(yè))0.5 10-"丄=匹 J 6.63 10少 63 108 =3.98 10? hfc26.解：1.35時(shí)的響應(yīng)度為I*叭鶯。林呦；1.55%時(shí)的響應(yīng)度為需二年護(hù)”W。因?yàn)轫憫?yīng)度正比于波長(zhǎng)，故在1.55m處光電二極管比1.3lm處?kù)`敏。1/227.解：由m =莊m2i呂得至U m =(30x0.03+40x0.03。1/228.解：由m= |送m2.i生得到 m =(1200.023 $。2

38、9.解:(1 )由 mN1/2=送 m2 j 得到 m=(32 漢 0.033*2,參數(shù) e=1.6 1049C，激光耦合進(jìn)光纖的功率為R =2mW，用dBm表示R =lg 2(dBm)，光檢測(cè)器接收到的功率為P，根據(jù):L 2 0.5二R - P，得到P =R aL -27.5其中損耗系數(shù)-=1dB/km，長(zhǎng)度L=120km，2 0.5為兩個(gè)連接器的損耗 由于是PIN,所以載噪比為2C0.5(mRP)R=0.6A/W , P= _10dBm , RIN =135dB/Hz , Beq =5GHz , ID =10nA , k =1.38 10-3J / K ,T =290K ,艮q =50&q

39、uot; , Ft =3dB 代入上式，就得出 C/N 的值。,2C0.5(mRP)2N RIN(RP) Beq 2e(IP ID)Beq 4kTFtBeq/Req(2)將上式的m = (32x0.07亍2 , P=-13dBm，代入上式很容易就求出載噪 比。30. 解：(1)把 Ps 二-3dBm , f 二-56dBm , : c =1dB , : s =0.2dB , M = 5.5dB ,:-f =0.1dB/km , : m=0.1dB/km 代入Ps - Pr -2-5 '5、£s M 1其中右邊分子上的1是指色散(功率)代價(jià)。于是可通過(guò)計(jì)算得到損耗 限制的最大中

40、繼距離。(2)受色散限制的最大傳輸距離為,M06L 二BDcr)由于是單模光纖，所以；=0.100, D=2ps/(km.nm)，廠，-1.8nm，分子上的106是為了和分母的B的單位相匹配，B的單位一定要用Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出L的值來(lái)。其中B=565 6=678Mb/s。5求出受色散限制的最大傳輸距離，然后與損耗限制的最大中繼距離相比， 取最小值，就是最大中繼距離。31. 解：(1)由“為了正常工作，APD接收機(jī)需要平均1000個(gè)光子/比特”得到 hcAPD的接收功率為Pr -1000亠B其中h是普朗克常數(shù)，c是光速，是波長(zhǎng)。又已知FS =5mW，把發(fā)射功率和接收功率用 dBm表示出

41、來(lái)。受損耗限制的最大傳輸距離為L(zhǎng)= Ps_PR_3af其中工f =0.2dB / km(2)受色散限制的最大傳輸距離為光纖通信考前練習(xí)題之計(jì)算、綜合、分析題第16頁(yè)(答案在14頁(yè))；106BD匚扎由于是單模光纖，所以 ；-0.100, D =15ps/(nm.km)，二、=2nm ,分子上的106是為了和分母的 B的單位相匹配，B的單位一定要用Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出L的值來(lái)。(3)對(duì)這個(gè)特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損 耗和色散兩種限制。用matlab很容易表示。32. 解：系統(tǒng) 1:把 R =dn，PR - -50dBm，: 1dB，M -6dB，: f =3.5

42、dB/km代入可得到損耗受限的最大傳輸距離系統(tǒng) 2 :把 Ps - -13dBm， Pr - -38dBm， : c =1dB， M =6dB，:f =1.5dB/km代入 l = PsPr2 cM «f可得到損耗受限的最大傳輸距離。33.解:Pt - Pr - M eL=一4 十40) - 6 0.2 0.1 =0.2dB/km6034. 解：(1)m=1.51，n2= 1.49嘆m - n2)/ n 1=(1.51-1.49)/1.51= 0.013 (2) M=V2/2V =2二 an 2-r UM 芒 a2n：，需 42 1.512 0.013 11-maY上= 6.5 10

43、s/kmL'ma1.51 >0.013L - c -3 10535. 解：(1)由 Pt = Pmin + La + La1 + MPmin = Pt- L( a+ a) - M=-1- 70X (0.35+0.05) -6=-35 dBm(2)動(dòng)態(tài)范圍 D=p-nax PminD=-10-(-35)=25 dB36. 解:(1 ) NA =A = 1. % x1 =o 衛(wèi)< 2)r - k- vTTo7oTx2ILm1 弓乂 ld a.y< 3) sin 爐工 - sin <p0 2 tin tpffl37. 解:V>2.40483卩=螞坷竝 J7I =J* 0_005 衆(zhòng)；乂 L3 X 衛(wèi) M. 4&483a> 3- 3腳光纖半徑至少為3L 3P耐38. 解:匚號(hào)-耳 -2士 -巴Afe 2.3 + 3S 2 -15：0.4 + 0A + 0Jfi ：< 1 Q-fSA?最大中繼距離為3S.2krn.39. 解:= 2 OOOtk2 7000x2 X10 +200x42 075