《光纖通信》試題計算分析題練習(xí)

1、光纖通信試題計算分析題練習(xí)鍵入公司名稱鍵入文檔標(biāo)題鍵入文檔副標(biāo)題Administrator2014/8/1忍人之所不能忍，方能為人知所不能為！計算、綜合、分析題練習(xí)1. 一階躍折射率光纖，纖芯折射率n1=1.5，相對折射率差A(yù)=1%，工作波長為0nm,試計算：(1) 為了保證單模傳輸，其芯徑應(yīng)取多大？若取芯徑a二5卩m，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%，渡越時間為10ps。問：(1)計算該檢測器的3dB帶寬；計算在1.3um和155um波長時的響應(yīng)度，并說明為什么在155um處光電二極管比較靈敏。3. 已知階躍型光纖的n1=1.5,=0.5%,工作波長入=1.

2、31um光纖中的導(dǎo)模M=2求：(1) 光纖的數(shù)值孔徑NA。(2分)(2) 全反射臨界角0c。(3分)(3) 光纖的纖芯半徑a。(5分)4. 一個GaAsPIN光電二極管平均每兩個入射光子，產(chǎn)生一個電子一空穴對，假設(shè)所有的電子都被接收。(1) 計算該器件的量子效率；(2) 設(shè)在1.31um波段接收功率是10-7W，計算平均輸出光生電流。(3) 計算這個光電鉺極管的長波長截止點入c(超過此波長光電二極管將不工作)。5. 某SI型光纖，光纖的芯徑d=2a為100pm,折射率n1=1.458，包層的折射率n2=1.450，在該光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ牟ㄩLX=850nm。(1) 計算該光纖的V參數(shù)；(2) 估

3、算在該光纖內(nèi)傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；(3) 計算該光纖的數(shù)值孔徑；(4) 計算該光纖單模工作的波長。&有一GaAlAs半導(dǎo)體激光器，其諧振腔長為300卩m，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間隔。(3) 若此激光器的中心波長X=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1300nm，其他參數(shù)如下：發(fā)射光功率為-3dBm,接收機的靈敏度為-38dBm(BER=10-9)，系統(tǒng)余量為4dB,連接器損耗為0.5dB/個，平均接頭損耗為0.05dB/km,光纖損耗為0

4、.4dB/km,試計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15dB，求兩個輸出口的輸出光功率。9. 已知階躍折射率光纖中n1=1.52,n2=1.49。（1）光纖浸沒在水中（n0=133），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04dB/km，光纖接頭損耗為0.1dB/km，光源的入纖功率為-25dbm，接收機靈敏度為-37dbm，線路碼型5B6B，傳輸速率為677990kbit

5、/s,光源釆用MLM_LD，光源譜寬為2nm，光纖的色散系數(shù)為2.5ps/（kmnm），£光通道功率參數(shù)取0.115。設(shè)計中取光功率代價為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55db。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)分別為叫=15,吐=145,試計算：（1）纖芯和包層的相對折射指數(shù)差A(yù);（2）光纖的數(shù)值孔徑NA。12. 光波從空氣中以角度9=33°投射到平板玻璃表面上，這里的9是入射光與11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

6、正好為90。，請問玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？13. 計算n=1.48及n=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)12折射率n=1.00，則允許的最大入射角9為多少？max14. 已知階躍光纖纖芯的折射率為n=1.5，相對折射（指數(shù)）差A(yù)=0.01，纖芯1半徑a=25卩m，若九0=lym，計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020的階躍折射率多模光纖在850nm波長上可以支持1000個左右的傳播模式。試問：（1）其纖芯直徑為多少？（2）在1310nm波長上可以支持多少個模？（3）在1550nm波長上可以支持多少個模?16. 用纖

7、芯折射率為n=1.5，長度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率f=8MHz17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.的光脈沖，經(jīng)過該光纖后，信號延遲半個脈沖周期，試估算光纖的長度l。有階躍型光纖，若n=1.5，九0=1.31卩m，那么若A=0.25，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑a應(yīng)取多大?(2) 若取芯徑a=5卩m，保證單模傳輸時，A應(yīng)怎么選擇?漸變光纖的折射指數(shù)分布為n(r)=n(0)(ra1-2A-ka丿1/2求光纖的本地數(shù)值孔徑。某光纖在1300nm處的損耗為o.6dB/km，在1550nm波長處的損耗為0.3dB/km。假設(shè)下面兩種光信號同時進入光纖：1300nm波長的15

8、0yW的光信號和1550nm波長的100yw的光信號。試問這兩種光信號在8km和20km處的功率各是多少？以yW為單位。一段12km長的光纖線路，其損耗為1.5dB/km。試回答：(1) 如果在接收端保持0.3yW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5km長的光纖鏈路，纖芯折射率n=1.49，1相對折射率差A(yù)=0.01。求接收端最快和最慢的模式之間的時延差；(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NA=0.30的多模階

9、躍折射光纖，如果其纖芯折射率為1.45，計算光纖帶寬。計算一個波長為尢=1ym的光子能量，分別對1MHz和100MHz的無線電做同樣的計算。太陽向地球輻射光波，設(shè)其平均波長九=0.7ym，射到地球外面大氣層的光強大約為I=0.14W/cm2。如果恰好在大氣層外放一個太陽能電池，試計算每秒鐘到達太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。如果激光器在九=0.5ym上工作，輸出1W的連續(xù)功率，試計算每秒從激活物質(zhì)的高能級躍遷到低能級的粒子數(shù)。設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%，計算在1.3ym和1.55ym波長時的響光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第5頁(答案在14頁)應(yīng)度，說明為什么在1.55卩m

10、處光電二極管比較靈敏。27. 假設(shè)我們想要頻分復(fù)用60路FM信號，如果其中30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)m二3%，而另外30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)m二4%，ii試求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。28. 假設(shè)一個SCM系統(tǒng)有120個信道，每個信道的調(diào)制指數(shù)為2.3%；鏈路包括一根損耗為1dB/km的12km長的單模光纖，每端有一個損耗為0.5dB的連接器；激光光源耦合進光纖的功率為2mW，光源的RIN=-135dB/Hz；PIN光電二極管接收機的響應(yīng)度為0.6A/W，B=5GHz，ID=10nA，Req=50Q，F(xiàn)=3dB。試求本系統(tǒng)的載噪比。29. 假設(shè)一個有32個信道的FDM系統(tǒng)中每個信道的

11、調(diào)制指數(shù)為4.4%，若RIN=-135dB/Hz,PIN光電二極管接收機的響應(yīng)度為0.6A/W,B=5GHz，I=10nA，R=50G，F(xiàn)=3dB。deqt(1) 若接收光功率為-10dBm，試求這個鏈路的載噪比；(2) 若每個信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%,接收光功率減少到-13dBm，試求這個鏈路的載噪比。30. 一直有一個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個接頭，平均每個接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm，接收機靈敏度為-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)

12、為2ps/(km.nm)，光源光譜寬度為18nm。求：最大中繼距離是多少？注：設(shè)計中選取色散(功率)代價為1dB,光連接器損耗為1dB(發(fā)送和接收端各一個)，光纖富于度為0.1dB/km，設(shè)備富于度為5.5dB031. 個二進制傳輸系統(tǒng)具有以下特性：(1)單模光纖色散為15ps/(nmkm),損耗為02dB/km。(2)發(fā)射機用九=1551nm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接收機需要平均1000個光子/比特。(4) 在發(fā)射機和接收機處耦合損耗共計3dBo求：(1) 數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時，找出受損耗限制的最大傳輸距離。(2) 數(shù)據(jù)

13、速率為10和100Mb/s時，找出受色散限制的最大傳輸距離。(3) 對這個特殊系統(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) GaAlAs半導(dǎo)體激光器：0dBm(1mW)的功率耦合進光纖；(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：每個連接器為1dB。系統(tǒng)2工作在1300nm：（1）InGaAsPLED：-13dBm的功率耦合進光纖；（2）InGaAsPIN光電二極管：靈敏度為-38d

14、Bm；（3）漸變折射率光纖：在300nm處的損耗為1.5dBm/km；（4）連接器損耗：每個連接器為1dB。每個系統(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，光接收機靈敏度為-40dBm,設(shè)備富余度為6dB，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)無光纜配線架時，如果希望最長中繼距離為60km，此時的光纜的衰減系數(shù)為多大？34. 階躍型光纖中，已知纖芯折射率"產(chǎn)151，"2=149，纖芯半徑a=4pm,工作波長1=1.31pm。求：（1）相對折射指數(shù)差；（2）光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；（3）每公里長

15、度光纖的模式色散35. 光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.35dB/km，光發(fā)射機的平均發(fā)送光功率為-1dBm，全程光纖平均接頭損耗為0.05dB/km。設(shè)計要求系統(tǒng)富裕度為6dB，無中繼傳輸距離為70km。求：（1）滿足上述要求，光接收機靈敏度至少應(yīng)取多少？（2）若要求系統(tǒng)允許的最大接收功率為一10dBm,則光接收機的動態(tài)范圍至少應(yīng)取多少？36. 已知階躍型光纖的n1=1.5，A=001，芯子半徑a=10pm，波長10=1.5pIm,試計算：（1）數(shù)值孔徑NA（2）歸一化頻率（3）入射光線的激勵角范圍37. 已知階躍型光纖的n1=15,A=0.5%,入0=13um,若光纖中的導(dǎo)模數(shù)量N=2,試問至

16、少纖芯半徑為多大？38. 有一五次群單模光纜傳輸系統(tǒng)，線路碼型為3B4B碼，應(yīng)用InGaAs-LD,其It<50mA，標(biāo)稱波長為1310nm，光譜寬度為2nm，發(fā)送光功率為-2.3dBm,接收靈敏度為-38dBm,動態(tài)范圍>20dBo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/nmkm,光纖富余度為01dB/km。若考慮1dB色散代價（£取0.115）,5dB設(shè)備富余度，試計算在系統(tǒng)設(shè)計時，最大中繼距離為多少？39.無備用系統(tǒng)的光纜通信系統(tǒng)，在420km內(nèi)共設(shè)10個中繼器，各種設(shè)備的故障率如下：

17、設(shè)備種類故障率（fit）140Mb/s光端機20000（一端）140Mb/s中繼器7000（一線）光纜200（一公里）供電7500（一端）光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第7頁（答案在14頁）求：（1）系統(tǒng)總故障率。（2）平均無故障時間。40. 已知均勻光纖的n151,A=0.01,工作波長入0=085um,當(dāng)纖芯半徑a=25um。試求：（1）此光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)是多少？（2）若要實現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)為多少？（3）系統(tǒng)中采用1:1的主備比，在系統(tǒng)發(fā)送和接收端各存在一個轉(zhuǎn)換設(shè)備,轉(zhuǎn)換設(shè)備的故障率為200fit（一端），平均故障修復(fù)時間為4小時。求：此系統(tǒng)的失效率。若系統(tǒng)的設(shè)計壽命為20

18、年，則在此間系統(tǒng)的中斷通信時間。41. 如果在無備用系統(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,問此功率可折合為多少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. 光接收機的靈敏度乂是指在滿足給定誤碼率或信噪比條件下，接收機接受微弱信號的能力，工程上常用最低平均光功率P,心來描述，現(xiàn)若有最低平均光功率P,心為10mW，則其靈敏度気為？45. 光接收機的動態(tài)范圍D是指在保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)要求下，接收機的最低光功率巳心和最大允

19、許光功率巳®：之比，現(xiàn)知巳心和巳®：分別是10W和100W，則其動態(tài)范圍D為？46. 階躍折射率光纖，已知纖芯和包層的折射率分別是：皿二丄78&,吐二丄,打2,現(xiàn)僅考慮模式色散，則：（1）每1km長度的脈沖寬度。（2）假設(shè)輸入光脈沖的寬度T與模式色散產(chǎn)生的展寬It相比可以忽略不計，在以上情況下計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：11L=L片,1“二1.46,求：（1）其臨界入射角氏；（2）其臨界傳播角g;（3）其數(shù)值孔徑NA；（4）其最大接收角珀；（5）是否能得知相對折射率差厶的大小？相對折射率差厶和光纖與光源之間光

20、纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第8頁（答案在14頁）的耦合效率有何關(guān)系？實際光纖對二有什么要求?48. 已知某光纖參數(shù)如下：耳二4二二D,DD3,纖芯折射率為町二1,4-8o試問：(1)此光纖能否傳輸波長上二LSlRm的TE“和TMm模？說明理由。如要使TE“和門模能夠傳輸，光波長應(yīng)做怎樣的調(diào)整？49. 已知某光纖參數(shù)如下：乙二6|im,丄二。40丄，纖芯折射率為口1二丄，5。若干HE»模的截止頻率和若干FH沁模的截止頻率如表1和表2。試問：(1) 當(dāng)光波長分別為打=L55p_m,厶=L31打=D,£5p_m時，光纖中能傳輸哪些導(dǎo)波模？(2) 從(1)中能看出波長與歸

21、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?，對于上例光波長為厶二L詰中而言，若假設(shè)總功率為1OOOdBm，則包層傳輸?shù)墓β蔖包三為多少？表1若干HE麗模的截止頻率模式HEmnhe21HE2:2HE2:jHE2iHE31HE32HE3:3HE3!4截止頻2.05.58.611.3.87.010.13.率e452054792321617332模式表2若干EH叫模的截止頻率EHjEH1?EH13EH14EH2皿並虛輕址EHmn截止頻3.37.010.13.5.18.411.14.率弘8216173

22、32436176207950. 已知某階躍光纖參數(shù)如下心二D4D3,纖芯折射率為珥二1.46,其中光波長是上二L弭屮山求單模傳輸時光纖具有的纖芯半徑耳。51. 對于單縱模激光器，定義邊模抑制比MSR為主模功率P=與次邊摸功率P迅之比，它是半導(dǎo)體激光器頻譜純度的一種度量，若=lOdEm，P過=ldEm，則MSR為？52. 光檢測器的響應(yīng)度R表明了光檢測器將光信號轉(zhuǎn)化成電信號的效率，現(xiàn)知光檢測器的光電流I?=1.D扎其入射光功率為P.y=1.4Z86W，則響應(yīng)度R的大小為？53. 某LAN光纖鏈路工作波長Z=850uni，鏈路長度L=200Dm，最大比特率為16Mb/s，采用線寬為20nm的LED

23、光源，光設(shè)備的上升時間為8ns，10/100Mb/sLAN最大光纜長度如表1,用MMF（多模光纖）625/125»m的光纖。LAN類型10/100Mb/sLAN:最大光纜長度波最大長度/m最大帶寬距離積長損耗/Mb/sXkm/nm纖芯纖芯dB/k5062.5m50625光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第10頁（答案在14頁）|im|im|im10Base-F850100020003.75500160100Base-FX1300200020001.5500500100Base-SX85020003.75500求：(1)系統(tǒng)要求的上升時間飢,。模式色散引起的脈沖展寬兒收，即光線模式

24、上升時間。(3) 色度色散引起的脈沖展寬乂(4) 求系統(tǒng)實際上升時間M嚴。(5) 可以達到指定的比特率嗎？如果光纖的帶寬不能滿足要求，你認為該如何解決？注：色度色散計算公式D®二三(1寧)和"二D®小丄。計算、綜合、分析題練習(xí)答案解：由單模傳輸條件V二2F<nF2二竽孔2405得aW2.40巴=2.36pm2呻2A由數(shù)值孔徑的定義式有1.光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第13頁(答案在14頁)2.3.NA=jn2n2=n%2A=0.21勺1212兀a2兀anV=n2n2=1*2A=5.03九P12九則模式數(shù)為m=呼=所以光纖中存在13個模式。.0420

25、42解：(1)f=4.2x104MHz=42GHzcT10x10-12d(2)響應(yīng)度R定義為光生電流I與輸入光功率p之比，即p=IPPinp'in因為入射光功率對應(yīng)于單位時間內(nèi)平均入射的光子數(shù)P/(hf)而入射光子inc以量子效率耳部分被吸收，并在外電路中產(chǎn)生光電流，則有響應(yīng)度p=空上hf1.24c=0.7551.3=0.79(A/W)1.24一p=0.75x1.55=0.94(A/W)1.24由上式可知，在量子效率一定時，響應(yīng)度與波長成正比。所以由PIN在155um處的靈敏度高于在13um處。波長為13um時，p波長為1.55um時,解：NA=np'2A=1.5*2x0.00

26、5=0.15(2)n2n2n(2)0A=-12=0.005;.r=0992n2nii0=arcsin(n)=arcsin(v0.99)=84.30，cni2兀|2兀,_廠0V=a©n2n2=na、2A=2入12入1V九.a=2.78(pm)2兀n>/2A2x3.14x1.5xJ2x0.005解：(1)由量子效率的定義得光生電子一空穴對1耳=入射光子數(shù)Ihf(2)由公式耳=卡hf,得Pe04.光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第15頁(答案在14頁)TqPeqPe尢I =葉=0phfhe0.5x10-7x1.6x10-19x1.31x10-66.628x10-34x3x108

27、=5.3x10-8A根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件hf>Eg可得九=1.24/Eg，因GaAs的禁帶e寬度為1424ev,所以九=0.87pm。c5.解：(1)由于歸一化頻率V=芋ajnj-n=王x50-'1.4582-1.4520.85=56.36傳播的模式總數(shù)M=V2/2=1588(3)該光纖的數(shù)值孔徑：NA=0.153(4)該光纖單模工作的波長：2兀九>九=ac2.405=2.613a=2.613x50x=19.9(um)解：已知1二m：-:-二=：1)因非全反射導(dǎo)致的等效損耗系數(shù)；=0.35a=In12L-Ln】珥匕20.30.35*0.352)由1二；蘭q=1,2,3第q

28、個縱模的諧振頻率兔二q圭二頻率可隔氏=畑二一'3-1D丁二-(Hz)光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第#頁(答案在14頁)波長間隔:9.5x10-10(m)L-2nO.S«ID-3Sor7413747.解：根據(jù)題意得P=-3dBm，P=-38dBm，a=0.4dB/km，a=0.05dB/km，R=0.5dB/個,M=4dBSRca+afs0.4+0.058.解:由題意得S=3即S=Rp1-RP+P12Pr2P+P12故有P二3P12已知-10lg?=1.50，得p=10-0.150P=1mw所以P=P10-0.15=10-0.15=0.70mw01011P=P=10-

29、0.15=0.23mw23139.(1)見圖，由折射定律可得n0sina=n1sinp(1)n1sin(90°-P)=n2sinY(2)要使光波能在光纖中傳輸，右圖中的A點必須滿足全反射條件。因此，當(dāng)尸90。時，式(2)變?yōu)閏os片n2n1由于由式(1)和式(3)聯(lián)立可得sina='n1二n2n0(4)將題中已知參量代入式(4),得到10.m)15221492sma=_1490.226133a®1306。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n0=1NA=Jnj-弔=J152214920.30解：衰減的影響La=(PT-

30、PR-2Ac-Pp-Me)/(Af+As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(k11.色散的影響LD=(sx106)/(BxAXxD)=(0.ll5x106)/(677.99x2x2.5)=33.9km由上述計算可以看出，中繼段距離只能小于339km對于大于33.9km的線段，可采取加接轉(zhuǎn)站的方法解決。對于弱導(dǎo)波光纖=(n1-n2)/n1=(1.5-1.45)/1.5=0.033;NA=n1由P-P=2a+La+M+LaSRcfsPP2aM3-(-38)-2x0.54得L=rc=66.7km12.13.由折射定律sin0i=ny這種玻璃的臨界角為1

31、沁0.591.6914.15.NA=sin0max0.24允許的最大入射角0=arcsin（0.24）自己用matlab算出來max解：光纖的歸一化頻率V=X-an2一n光纖中傳播的模數(shù)量0V2Mq=5542解：（1）由V=-X-a：n2-n2=-X.a11XVXa=2kNA2k（2）當(dāng)九2=1.31pm，有av'2A=33.30NA，得到纖芯直徑為亙=陛亙0030.27NA2兀0.20V(2A)=15J(2*0.033)=0387。解：入射光與玻璃表面之間的夾角01=33。，則入射角0i=57。，反射角0=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r0=33

32、76;Oysin0y，n=n0=1得到n=n=sin0/sin0=sin67/sin331yq1.69其中利用了空氣折射率n-=1。.10=arcsin一ny解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為九J2M九J2M灰-=荒得到模的個數(shù)為X2(0.85)2M=十M=x1000=4212X21(1.31力2（3）當(dāng)九£=1.55pm，得到模的個數(shù)為光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第15頁（答案在14頁）X2(0.85)2M=十M=x1000=3543X21(1.55)2216.解：信號的周期為T=I，f信號在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹関=c/n-由于信號延遲半個脈沖周期，則光纖的長度L為17.L=vxT=

33、x丄=3x1081=12.5m2n2f1.52x8x10610解：(1)由歸一化頻率V=乎a0XVa=-2kn、】2A為了保證光纖中只能存在一個模式，X2.4051.31a<0=2kn-.-2A1則要求V<2.405，則要求光纖纖芯半徑2.405q0.47卩m2k1.5x；2x0.25(2)若取芯徑a=5卩m，保證單模傳輸時，則18.(XV丫02(2kna丿'1解：漸變光纖纖芯中某一點的數(shù)值孔徑為1(X2.405)201丿-0.00219.(ra1-1a丿20.NA(r)=n(r)-n2(a)=2An2(0)解：由a=%匚,得P0=P10乜/10LPo對于1300nm波長的

34、光信號，a=06dB，km，L=8km&20km,P=150呷在8km和20km處的功率各是P=P10-«L/10=150X10-0.48卩W150X10-1.2RWoi，對于1550nm波長的光信號，a=Q.3dB/km,LSkm&20km,i"在8km和20km處的功率各是P=P10-aL/10=100X10-0.24卩W，100X10-0.6卩Woi解：(1)根據(jù)損耗系數(shù)定義21.22.23.10PO=lgrLP得到發(fā)送端的功率至少為oP=P10-OL/10=0.3X10-1.8|1Woi2）如果光纖的損耗變?yōu)?.5dB/km，則所需的輸入光功率為P=

35、P10-OL/10=0.3X10-3|1Woi解:（1）纖芯和包層的相對折射率差A(yù)為n2nA=-1-2二0.012n21則得到n2=1475接收端最快和最慢的模式之間的時延差Ln25t=A=x0.01=0.113pscn3x108x1.4752模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實際上就等于最快和最慢的模式之間的時延差5X1038T=Ln2Aq0.113卩s-n2(3)光纖的帶寬距離積BL=出=4X3X108=8.05kmGb/snA21.49x0.012解：纖芯和包層的相對折射率A為1(NA¥ni丿-0.021由階躍光纖的比特距離積BL<丄，得到光纖帶寬2nA1cB<-49Mb

36、/s2nAL1解：波長為X=mm的光子能量為E=hf=h-/X=6.63x10-34Jsx3X108m/s=1.99x10-20J-10-6m對1MHz和100MHz的無線電的光子能量分別為E=hf=6.63x10-34Jsx1x106Hz=6.63x10-28JcE=hf=6.63x10-34Jsx100x106Hz=6.63x10-26Jc光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第21頁（答案在14頁）24.解：光子數(shù)為25.解：I“Ihc“0.14x6.63x10-34x3x108“n=x104=x104=x104=3.98x10-16hf九c粒子數(shù)為0.7x10-629.光纖通信考前練習(xí)

37、題之計算、綜合、分析題第23頁（答案在14頁）0.5x10-626.解:1.3pm時的響應(yīng)度為R=四凹=0.8x1.3=0.84A/W;1.241.241.55pm時的響應(yīng)度為R=nX(Pm)=0.8x1.55=1A/W。1.241.24IIhc1x6.63x10-34x3x108n=3.98x10-21hf九c因為響應(yīng)度正比于波長，故在1.55卩m處光電二極管比1.3pm處靈敏。27.解：由m=得到m=(30x0.03+40x0.03>/2。28.解：由m=山得到m=(120x0.023%2。激光耦合進光纖的功率為P=2mW，用dBm表示P=lg2（dBm），光檢tt測器接收到的功率為

38、P，根據(jù)aL+2x0.5=P-P，得到tP=PaL2x0.50.5(mRP)2其中損耗系數(shù)«=1dB/km，長度L=120km，2x0.5為兩個連接器的損耗。由于是PIN，所以載噪比為C=N=RIN(RP)2B+2e(I+1)B+4kTFB/ReqPDeqteqeq把參數(shù)e=1.6x10-19C，R=0.6A/W，RIN=-143dB/Hz，B=5GHz，eqI=10nA，k=1.38x10-23J/K，T=290K，R=500，F(xiàn)=3dB代Deqt入上式，就得出C/N的值。解：（1）由m=得到m=(32x0.033)1/2，參數(shù)e=1.6x10-19C，R=0.6A/W，P=10d

39、Bm，RIN=135dB/Hz，B=5GHz，I=10nA，eqDk=1.38x10-23J/K,T=290K,R=500，F(xiàn)=3dB代入上式,就得出C/Neqt的值。，C_0.5(mRP)2N_RiN(Rp)2B2e(rryB4kTFBTReqPDeqteqeq(2)將上式的m_(32X0.07)l/2,P=i3dBm，代入上式很容易就求出載噪比。30. 解：（1）把P_3dBm,P_56dBm,a_1dB,a_0.2dB,M_5.5dB,SRCsa_O.ldB/km,a_0.1dB/km代入fm丁PP2a5aM1a+afm其中右邊分子上的1是指色散（功率）代價。于是可通過計算得到損耗限制的

40、最大中繼距離。（2）受色散限制的最大傳輸距離為r8x106L_BD九由于是單模光纖，所以e_0.100,D_2ps/（km.nm）,g_1.8nm,入分子上的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。其中B_565X_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接收機需要平均1000個光子/比特”得到APD的接收功率為P_1000x竺R九B其中h是普朗克常數(shù)，c是光速，九是波長。又已知P_5mW，把發(fā)射功率和接收功率用dBm表示出來。SPp

41、3受損耗限制的最大傳輸距離為L_化P3af其中af,_0.2dB/km（2）受色散限制的最大傳輸距離為8X106BDg九由于是單模光纖，所以8_0.100，D_15ps/（nm.km）光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第19頁（答案在14頁）C1了=1.Sk72kO.-D1=O_2b廣2nm,分子上的106是為了和分母的B的單位相匹配，B九的單位一定要用Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出L的值來。3）對這個特殊系統(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P=OdBm,P=50dBm，a=1dB,M=6dB,a=3.5dB/km

42、Srcf代入L二P-P-2八“可得到損耗受限的最大傳輸距離。系統(tǒng)2：把P=13dBm，P=38dBm，a二1dB，M=6dB，SRPP2aMa=1.5dB/km代入L=refa可得到損耗受限的最大傳輸距離。33.解:PPM-a=TreaMLsc4(4°)60.2o.i=oB/km6034. 解：(1)n=1.51,n=1.4912(n-n)/n=(1.511.49)/1.51=0.013121(2)M=V2/2"V=-2an亦入1M=*a2n2A=x42x1.512x0.01311九211.312(3)At=-Ln1Amaxe/.Atmax=nA=1.51x0.013=6.

43、5x108s/kmLe3x10535. 解：(1)由P=P+L+L+MTmin.aa1P=P-L(+)-M=170X(0.35+0.05)6=35dBm(2)動態(tài)范D=P-P1“.maxminD=10(35)=25dB36. 解:光纖通信考前練習(xí)題之計算、綜合、分析題第29頁（答案在14頁）t2)卩一眼邛a75X2*oaX-'.X1SxlO-S.9<3)24._他或u®工近一siil®pgV>2.4048337. 解：2jtD.005xx1.5xtt>2.4048313a>3.3pw光纖半徑至少曲3.338. 解：最丈中繼距離為38.2kmo

44、39. 解：爐=2000氐2+7000x2x10+200x420-n75002=27900/.41孑2=聞評心嗣弘40. 解：V=V2x0.01x-x1.51x25=39.4若要汩駐單梯怙時I,需U<V<2.404dJOc氐打1口J2氐<2.40483O<V2x0.01x-x1.51xfif<2.40483O<a<154帥).11£f召占+坯M<?-i.1taxio_-4-.200x2r40Q/?/MZSF工=xId3=2.5xiasR工-Hnn(1.116xL0J):h-1.6mIO-6-2.S455x10-62)中斷I時間20-&l

45、t;'36B24.2-.B45B10=0.Eh.41. 解：5000故陣次數(shù)二上別3=0®斗（次）解43.arcsin44.42.解：耳=101g解：該處必須注意單位乂的單位是dBm,巳心的單位是mW,計算時要注45.解：，注意單位!Pnilii10意單位以免出錯，依據(jù)公式乩二丄MgP*=lOlglO=IDdBm46.解：（1）光纖長度單位和光速單位分別是km和km/s，則（2）輸入光脈沖的寬度T與模式色散產(chǎn)生的展寬丄湘比可以忽略不計，則最大比特率為E注47.解：（1）臨界入射角氏二Ln«iAB業(yè)nW-）2心叭11/2(3) NA二(1.482-1.462)1/2=0.242（4）0C=arcsini'NAJ=14L數(shù)值孔徑NA在實際計算時還有另