光纖通信期末習(xí)題講解和分析

例題講解和分析邯鄲學(xué)院光纖通信作業(yè)階躍型光纖纖芯折射率n1=1.5，包層折射率n2=1.48，在工作波長(zhǎng)為1310nm條件下，要保證單模傳輸，纖芯的半徑如何選擇？一段12km長(zhǎng)的光纖線路，其損耗為1.5dB/km，如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，則發(fā)射端的功率至少為多少dBm？對(duì)于某石英光纖，假設(shè)某光源發(fā)出光的中心波長(zhǎng)0.85μm，譜線寬度30nm，試求單位距離上的脈沖展寬。如果光源的發(fā)射波長(zhǎng)是1.55μm，譜線寬度不變，單位距離上的脈沖展寬又是多少？

附：該石英光纖在0.85μm和1.55μm處的色散系數(shù)分別為-105ps/(nm?km)和18ps/(nm?km)。第二章光纖作業(yè)階躍型光纖纖芯折射率n1=1.5，包層折射率n2=1.48，在工作波長(zhǎng)為1310nm條件下，要保證單模傳輸，纖芯的半徑如何選擇？第二章光纖單模光纖:V≤2.405纖芯半徑應(yīng)小于2.054μm

作業(yè)一段12km長(zhǎng)的光纖線路，其損耗為1.5dB/km，如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，則發(fā)射端的功率至少為多少dBm？第二章光纖輸出光功率轉(zhuǎn)換為dBm形式

光纖線路損耗為

發(fā)射端功率至少為

注意單位dB、dBm

光纖線路損耗的絕對(duì)值為

作業(yè)對(duì)于某石英光纖，假設(shè)某光源發(fā)出光的中心波長(zhǎng)0.85μm，譜線寬度30nm，試求單位距離上的脈沖展寬。如果光源的發(fā)射波長(zhǎng)是1.55μm，譜線寬度不變，單位距離上的脈沖展寬又是多少？

附：該石英光纖在0.85μm和1.55μm處的色散系數(shù)分別為-105ps/(nm?km)和18ps/(nm?km)。第二章光纖光纖的色散系數(shù)光源的譜線寬度光纖的長(zhǎng)度負(fù)號(hào)并不表示脈沖壓縮因此脈沖展寬通常寫(xiě)為注意：解：作業(yè)

1.

一峰值波長(zhǎng)在800nm的GaAs激光器，諧振腔長(zhǎng)400μm，材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm<<850nm的范圍內(nèi)都大于總損耗，試求此激光器中存在多個(gè)模式？(a)

有一GaAlAs半導(dǎo)體激光器，其諧振腔長(zhǎng)500μm，腔內(nèi)總吸收系數(shù)為10cm-1，兩端非涂覆解理面的反射率為32%，求在輻射閾值條件下的光增益;(b)

若在激光器的一端涂覆一層電介質(zhì)反射材料，使其反射率變?yōu)?0%，試求在輻射閾值條件下的光增益；

(c)

若它的內(nèi)量子效率為0.65，試求(a)和(b)中的外量子效率。第三章光源與光電探測(cè)器諧振腔縱模限制作業(yè)1.

第三章光源與光電探測(cè)器諧振級(jí)數(shù)、頻率/波長(zhǎng)間隔在受激輻射閾值以上，會(huì)建立起一個(gè)穩(wěn)定的振蕩，返回的光波的幅度與相位都要和初始光波的相等。假設(shè)有兩個(gè)頻率為和的相鄰模式，則有作業(yè)1.

第三章光源與光電探測(cè)器諧振級(jí)數(shù)：滿足諧振的各個(gè)模式的諧振級(jí)數(shù)分別為：1.

一峰值波長(zhǎng)在800nm的GaAs激光器，諧振腔長(zhǎng)400μm，材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm<<850nm的范圍內(nèi)都大于總損耗，試求此激光器中存在多個(gè)模式？解法（1）嚴(yán)格解：滿足諧振的模式數(shù)為：個(gè)第三章光源與光電探測(cè)器波長(zhǎng)間隔：滿足諧振的模式數(shù)約為：解法（2）估算：作業(yè)1.

第三章光源與光電探測(cè)器作業(yè)

(a)

有一GaAlAs半導(dǎo)體激光器，其諧振腔長(zhǎng)500μm，腔內(nèi)總吸收系數(shù)為10cm-1，兩端非涂覆解理面的反射率為32%，求在輻射閾值條件下的光增益;(b)

若在激光器的一端涂覆一層電介質(zhì)反射材料，使其反射率變?yōu)?0%，試求在輻射閾值條件下的光增益；

(c)

若它的內(nèi)量子效率為0.65，試求(a)和(b)中的外量子效率。第三章光源與光電探測(cè)器激光振蕩閾值條件光學(xué)諧振腔存在兩個(gè)相反的過(guò)程：光增益和光損耗只有當(dāng)光增益大于損耗時(shí)，才能建立穩(wěn)定的激光振蕩輸出激光這個(gè)條件稱為激光器的閾值條件閾值增益系數(shù)，光學(xué)諧振腔長(zhǎng)度，兩個(gè)反射面的功率反射系數(shù)，除兩個(gè)反射面透射損耗之外的所有損耗引起的衰減系數(shù)。所有損耗引起的衰減系數(shù)，作業(yè)2.

第三章光源與光電探測(cè)器外量子效率定義：外微分量子效率為超過(guò)閾值時(shí)每個(gè)電子－空穴對(duì)的復(fù)合所產(chǎn)生的光子數(shù)內(nèi)量子效率.作業(yè)2.

第三章光源與光電探測(cè)器閾值增益系數(shù)，除兩個(gè)反射面透射損耗之外的所有損耗引起的衰減系數(shù)。

(a)

有一GaAlAs半導(dǎo)體激光器，其諧振腔長(zhǎng)500μm，腔內(nèi)總吸收系數(shù)為10cm-1，兩端非涂覆解理面的反射率為32%，求在輻射閾值條件下的光增益;解：建立穩(wěn)定的激光振蕩的閾值條件將代入上式，得到第三章光源與光電探測(cè)器作業(yè)2.

或者利用公式作業(yè)2.

(b)

若在激光器的一端涂覆一層電介質(zhì)反射材料，使其反射率變?yōu)?0%，試求在輻射閾值條件下的光增益；第三章光源與光電探測(cè)器閾值增益變?yōu)椋航?作業(yè)2.

解:外量子效率：已知根據(jù)可得第三章光源與光電探測(cè)器

(c)

若它的內(nèi)量子效率為0.65，試求(a)和(b)中的外量子效率。作業(yè)1.

一個(gè)2×2定向耦合器的分光比是4:1，插入損耗是2dB，方向系數(shù)是40dB，計(jì)算每個(gè)端口的輸出功率與輸入功率的比是多少？

2.

用一個(gè)半導(dǎo)體激光器激勵(lì)長(zhǎng)2.5km長(zhǎng)的光纖。假設(shè)2.5km的總鏈路損耗是4dB，功率通過(guò)光纖的端面返回激光器，端面是平滑的，光纖末端將光輻射到空氣中。

(1)計(jì)算反射回激光器的光功率，也就是計(jì)算當(dāng)光返回到LD時(shí)，反射信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相比，下降的分貝數(shù)。

(2)光隔離器可以將題目中的反射功率減小50倍，問(wèn)這個(gè)隔離器的隔離度是多少？第四章無(wú)源光器件X型（2×2）分路器分光比

(Splittingratio)方向系數(shù)

(Directioncoefficient)插入損耗

(Insertionloss)主要參數(shù)作業(yè)1第四章無(wú)源光器件X型（2×2）分路器方向性系數(shù)作業(yè)1則有插入損耗則有根據(jù)分束比則有解：第四章無(wú)源光器件X型（2×2）分路器作業(yè)1插入損耗解：第四章無(wú)源光器件作業(yè)2.

用一個(gè)半導(dǎo)體激光器激勵(lì)長(zhǎng)2.5km長(zhǎng)的光纖。假設(shè)2.5km的總鏈路損耗是4dB，功率通過(guò)光纖的端面返回激光器，端面是平滑的，光纖末端將光輻射到空氣中。

(1)計(jì)算反射回激光器的光功率，也就是計(jì)算當(dāng)光返回到LD時(shí)，反射信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相比，下降的分貝數(shù)。

(2)光隔離器可以將題目中的反射功率減小50倍，問(wèn)這個(gè)隔離器的隔離度是多少？解：(1)光纖末端將光輻射到空氣中，端面的反射率為：則反射損耗為光信號(hào)兩次經(jīng)過(guò)光纖傳輸，因此返回到激光器時(shí)，光功率下降的分貝數(shù)為(2)光隔離器可以將反射功率減小50倍，則其隔離度為第四章無(wú)源光器件作業(yè)假設(shè)有一個(gè)光纖通信系統(tǒng)，其中的LED發(fā)射10mW，0.85μm的光波；光纜損耗為20dB；PIN型光檢測(cè)器的響應(yīng)度為0.5A/W，檢測(cè)器的暗電流為2nA，其負(fù)載電阻為50Ω；接收機(jī)的帶寬為10MHz，溫度為300K。除了光纖損耗外，系統(tǒng)總損耗還包含光源耦合引起的14dB的功率降低，以及由多個(gè)接頭和連接器導(dǎo)致的10dB損耗。計(jì)算接收到的光功率、檢測(cè)信號(hào)電流和功率、散彈噪聲和熱噪聲以及信噪比。第五章光端機(jī)作業(yè)LEDPIN光檢測(cè)器光源耦合損耗14dB光纜損耗為20dB多個(gè)接頭和連接器導(dǎo)致的10dB損耗負(fù)載電阻為50Ω暗電流為2nA響應(yīng)度為0.5A/W電信號(hào)輸出帶寬為10MHz溫度為300K接收機(jī)發(fā)射10mW、0.85μm的光波LED發(fā)射功率：光纖通道總損耗：光源耦合損耗＋光纜損耗＋連接損耗＝14＋20＋10＝44dB接收到的光功率：10－44＝－34dBm檢測(cè)到的信號(hào)電流：檢測(cè)到的信號(hào)功率：解：第五章光端機(jī)作業(yè)散彈噪聲功率：信號(hào)電流為，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于暗電流因此有：熱噪聲功率：信噪比SNR：熱噪聲功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于散彈噪聲。轉(zhuǎn)換為dB形式：第五章光端機(jī)作業(yè)假設(shè)半導(dǎo)體激光器向光纖注入0.5mW的光功率，隨后接一個(gè)增益為25dB的后置放大器（EDFA），隨后其連接的光纖長(zhǎng)度為100km，損耗是0.25dB/km。接下來(lái)是中繼放大器，能夠提供足夠的增益，可以將信號(hào)功率放大到后置放大器輸出端的功率水平。后面的光纖同第一根光纖完全一樣，但長(zhǎng)度為150km。一個(gè)前置放大器將信號(hào)功率放大到注入光纖時(shí)的量級(jí)（0.5mW）。

試問(wèn)，此前置放大器的增益是多少？

畫(huà)出此光纖通信系統(tǒng)中以dBm為單位的光信號(hào)隨位置變化的曲線。第六章光纖通信系統(tǒng)作業(yè)1LD后置放大器中繼放大器前置放大器光纖100km光纖150km0.5mWG1=25dB-0.25dB/km-0.25dB/km0.5mW解：0.5mW相當(dāng)于經(jīng)后置放大器后輸出為：－3+25=22dBm長(zhǎng)度為100km的光纖總損耗為：100×(-0.25)=-25dB經(jīng)100km光纖傳輸后功率為：22－25＝－3dBm中繼放大器可以將光信號(hào)功率放大到后置放大器的輸出水平，即22dBm經(jīng)150km光纖傳輸后功率為：22+150×(-0.25)＝－15.5dBm根據(jù)題意，經(jīng)前置放大器輸出的光功率為-3dBm，

則該前置放大器的增益系數(shù)為：G3=-3-(-15.5)=12.5dB（該中繼放大器的增益為G2=22-(-3)=25dB）OpticalAmplifier(OA)