光纤通信新增计算题.doc

新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！光纤通信试题公布新增加的计算题张延锋2013/12/10第一章 计算题1、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是1.48和1.46，则其临界传播角为 。解：C=arcsin1-（n2n1）2=arcsin1-（1.461.48）2=9.4 2、光接收机的灵敏度Sr是指在满足给定误码率或信噪比条件下，接收机接受微弱信号的能力，工程上常用最低平均光功率 Pmin 来描述，现若有最低平均光功率Pmin为10mW，则其灵敏度Sr为 。解：该处必须注意单位Sr的单位是dBm，Pmin的单位是mW，计算时要注意单位以免出错，依据公式Sr=10lgPmin=10lg10=10 dBm 3、光接收机的动态范围D是指在保证系统误码率指标要求下，接收机的最低光功率Pmin和最大允许光功率Pmax之比，现知Pmin和Pmax分别是10W和100W，则其动态范围D为 。解：D=10lgPmaxPmin=10lg10010=1 dB，注意单位！4、一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：n1=1.486,n2=1.472,现仅考虑模式色散，则：（1）每1km长度的脉冲宽度。（2）假设输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽t相比可以忽略不计，在以上情况下计算可传输光脉冲的最大比特率。解：（1）光纤长度单位和光速单位分别是km和km/s，则t=Ln1cn1-n2n2=11.48631051.486-1.4721.472=1.4710-8s=47.1(ns) (2)输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽t相比可以忽略不计，则最大比特率为Bmax=12t=121.4710-8=10.6（Mb/s） 5、已知语音信道的带宽为3.4KHz，则接收机信噪比是S/N=30dB的信道容量是 。解：C=Blog2(1+SN)=3.4103log2(1+30)=1.684105 b/s第二章 计算题1、 一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：n1=1.48,n2=1.46,求：（1） 其临界入射角c；（2） 其临界传播角C；（3） 其数值孔径NA；（4） 其最大接收角0；（5） 是否能得知相对折射率差的大小？相对折射率差和光纤与光源之间的耦合效率有何关系？实际光纤对有什么要求？解：（1）临界入射角c=arcsin（n2n1）=arcsin（1.461.48）=80.60。（2）C=arcsin1-（n2n1）2=arcsin1-（1.461.48）2=9.4。（3）NA=sin0=（n12-n22）12=（1.482-1.462）12=0.242(4) 0=arcsinNA=140(5)数值孔径NA在实际计算时还有另外的计算公式为：NA=sin0=（n12-n22）12=（2n12）12（n12-n22）12（2n12）12=n12则：=12（sin0n1）2=12（0.2421.48）2=0.013368。一般而言，相对折射率差大一些，光纤与光源之间的耦合效率就高一些，但是要过大的话，色散影响就越严重，实际光纤总有1。2、 已知某光纤参数如下：a=4.0m,=0.003,纤芯折射率为n1=1.48。试问：（1） 此光纤能否传输波长=1.31m的TE01和TM01模？说明理由。（2） 如要使TE01和TM01模能够传输，光波长应做怎样的调整？解：（1）由方程V=k0n1a2可得：V=2n1a2=21.3110-61.484.010-620.003=2.2，而TE01和TM01模的归一化截止频率Vc=2.045，显然VVc条件的模式都可以在光纤中传输。因为V=2n1a2，所以有：V1=21n1a2=21.5510-61.5610-620.002=2.306V2=22n1a2=21.3110-61.5610-620.002=2.73V3=23n1a2=20.8510-61.5610-620.002=4.21当1=1.55m时，0VcHE11V1=2.3062.045VcTE01，TM01，此时光纤中只能传输HE11导波模。当2=1.31m时，2.045VcTE01，TM01，HE21V2=2.7323.832VcHE31,EH11，此时光纤中只能传输TE01，TM01，HE21和HE11导波模。当1=0.85m时，3.832VcHE31，EH11，HE12V3=4.215.136VcEH21，此时光纤中只能传输HE31，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11导波模。故光纤中能传输的导波模有HE31，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11。（2）从（1）中可以看出，波长越短，归一化频率越高，可传输的模式数量就越多，可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是N=12V2(3) 归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例,即P包层P总=223V，对于光波长为1=1.55m而言，V1=2.306，总功率为P总=1000dBm，则包层传输的功率P包层为P包层=223V1P总=2232.3061000=408.85 dBm4、已知某阶跃光纤参数如下：=0.003，纤芯折射率为n1=1.46，光波长=1.31m，则单模传输时光纤具有的纤芯半径a 。解：a2.4052n12=2.4051.3110-621.4620.003=4.44 m 注意填写时加单位。第三章 计算题1、对于单纵模激光器，定义边模抑制比MSR为主模功率P主与次边摸功率P边之比，它是半导体激光器频谱纯度的一种度量，若P主=10dBm，P边=1dBm，则MSR为 。解：MSR=10lgP主P边=10lg101=10第四章 计算题1、 光检测器的响应度R表明了光检测器将光信号转化成电信号的效率，现知光检测器的光电流Ip=1.0A，其入射光功率为Pin=1.4286W，则响应度R的大小为 。解：依定义R=IpPin=1.01.4286=0.7 A/W，注意填写单位。第五章 计算题1、当光放大器的增益比较大时，自发辐射因子nsp=2,则其噪声系数Fn的大小为 。解：当光放大器的增益比较大时，噪声系数Fn2nsp=4。第六章 计算题1、某LAN光纤链路工作波长=850nm，链路长度L=2000m，最大比特率为16Mb/s，采用线宽为20nm的LED光源，光设备的上升时间为8ns，10/100Mb/s LAN最大光缆长度如表1，用MMF（多模光纤）62.5/125m的光纤。表1 10/100Mb/s LAN最大光缆长度LAN类型波长/nm最大长度/m最大损耗dB/km带宽距离积/Mb/skm纤芯50m纤芯62.5m纤芯50m纤芯62.5m10Base-F850100020003.75500160100Base-FX1300200020001.5500500100Base-SX85020003.75500求：(1) 系统要求的上升时间tr。(2) 模式色散引起的脉冲展宽tmod，即光线模式上升时间。(3) 色度色散引起的脉冲展宽tch。(4) 求系统实际上升时间tsys。(5) 可以达到指定的比特率吗？(6) 如果光纤的带宽不能满足要求，你认为该如何解决？注：色度色散计算公式D=S04（-043）和tch=|D|L。解：（1）带宽与比特率的关系fsys=B=16MHz，从而得：tr=0.35fsys=0.3516106=21.9（ns）（2）由表可知，62.5/125m光纤工作于850nm时的带宽距离积为160MHzkm，由于链路长度是2000m，故模式带宽（光电宽）为fmod=160MHzkm2000m=80（MHz），转换成电带宽fe1-mod=0.707fmod=56.6MHz,则tmod=0.35fe1-mod=0.3556.6=6.2（ns）（3）由色度色散计算公式D=S04（-043）和tch=|D|L，可得D0.1ns/(nskm),故有tch=0.1nsnskm20nm2km=4 ns (4)有以上得tfib=(tmod)2+(tch)2=6.22+4