光纤通信试题计算解析总结计划题练习

1、光纤通讯试题计算分析总结计划题练习光纤通讯试题计算分析总结计划题练习22/22光纤通讯试题计算分析总结计划题练习合同协议光纤通讯计算、综合、分析练习宣布优选精华+课后精讲（QQ在线解说）张延锋2014/8/1忍人之所不可以够忍，方能为人知所不可以够为！计算、综合、分析题练习1.一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n1=，相对折射率差1%，工作波长为1310nm，试计算：为了保证单模传输，其芯径应取多大若取芯径a5m，求其数值孔径及其模式数。设PIN光电二极管的量子效率为75，渡越时间为10ps。问：计算该检测器的3dB带宽；计算在和波长时的响应度，并说明为何在处光电二极管比较敏捷。3.已知阶跃型光纤的

2、n1=，=，工作波长=m光纤中的导模M=2求：光纤的数值孔径NA。(2分)全反射临界角c。(3分)光纤的纤芯半径a。(5分)一个GaAsPIN光电二极管均匀每两个入射光子，产生一个电子空穴对，假定全部的电子都被接收。计算该器件的量子效率；设在波段接收功率是107W，计算均匀输出光生电流。计算这个光电铒极管的长波长截止点c（超出此波长光电二极管将不工作）。某SI型光纤，光纤的芯径d=2a为100m，折射率n1=，包层的折射率n2=，在该光纤中传输的光波的波长=850nm。1）计算该光纤的V参数；2）预计在该光纤内传输的模式数目；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Ga

3、AlAs半导体激光器，其谐振腔长为300m，资料折射率n=，两头的解理面的反射率为。(1)求因非全反射致使的等效耗资系数。(2)求相邻纵模间的频次间隔和波长间隔。(3)若此激光器的中心波长=1310nm，与此相应的纵模序数。设140Mb/s的数字光纤通讯系统，工作波长1300nm，其余参数以下：发射光功率为-3dBm，接收机的敏捷度为-38dBm（BER=10-9），系统余量为4dB，连结器耗资为dB/个，均匀接头耗资为dB/km，光纤耗资为dB/km，试计算耗资限制传输距离。分光比为3：1的定向耦合器，假定从输进口0输入的功率为1mW，从输入口0到输进口1的插入耗资为，求两个输出口的输出光功

4、率。已知阶跃折射率光纤中n1=，n2=。（1）光纤淹没在水中(n0=，求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角；（2）光纤搁置在空气中，求数值孔径。若一个565Mbit/s单模光缆传输系统，其系统整体要求以下：光纤通讯系统光纤耗资为km，光纤接头耗资为km，光源的入纤功率为，接收机敏捷度为-37dbm，线路码型5B6B，传输速率为677990kbit/s,光源采纳MLMLD，光源谱宽为2nm，光纤的色散系数为(kmnm)，光通道功率参数取。设计中取光功率代价为1db,光连结器衰减为1db，光纤充裕度为km,设施充裕度为。试求：系统的最大中继距离。弱导波阶跃光纤芯子和包层的折射指数分别为n1

5、=,n2=,试计算:(1)纤芯和包层的相对折射指数差；(2)光纤的数值孔径NA。光波从空气中以角度133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。依据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部发散生折射，假如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类玻璃的临界角又是多少计算n11.48及n21.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。假如光纤端面外介质折射率n1.00，则赞成的最大入射角max为多少已知阶跃光纤纤芯的折射率为n11.5，相对折射（指数）差0.01，纤芯半径a25m，若01m，计算光纤的归一化频次V及此中流传的模数目M。15.一根数值孔径为

6、的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上能够支持1000个左右的流传模式。试问：（1）其纤芯直径为多少（2）在1310nm波长上能够支持多少个模（3）在1550nm波长上能够支持多少个模16.用纤芯折射率为n11.5，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频次f08MHz的光脉冲，经过该光纤后，信号延缓半个脉冲周期，试预计光纤的长度L。有阶跃型光纤，若n11.5，01.31m，那么（1）若0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a应取多大（2）若取芯径a5m，保证单模传输时，应怎么选择渐变光纤的折射指数散布为1/2nrn01r2a求光纤的当地数值孔径。19.某光纤在1300nm处的耗资为0.6dB/km，

7、在1550nm波优点的耗资为0.3dB/km。假定下边两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的150W的光信号和1550nm波长的100W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。一段12km长的光纤线路，其耗资为1.5dB/km。试回答：（1）假如在接收端保持0.3W的接收光功率，则发送端的功率最少为多少（2）假如光纤的耗资变成2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少有一段由阶跃折射率光纤组成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n11.49，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）求由模式色散致使的均方根脉冲展宽；（3）假定最大比

8、特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少22.有10km长NA0.30的多模阶跃折射光纤，假如其纤芯折射率为1.45，计算光纤带宽。计算一个波长为1m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，设其均匀波长0.7m，射到地球外面大气层的光兴盛概为I0.14W/cm2。假如恰幸亏大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟抵达太阳能电池上每平方米板上的光子数。假如激光器在0.5m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。设PIN光电二极管的量子效率为80%，计算在1.3m和1.55m波长时的响应度，说明为何在1.55m处

9、光电二极管比较敏捷。假定我们想要频分复用60路FM信号，假如此中30路信号的每一个信道的调制指数mi3%，而其余30路信号的每一个信道的调制指数mi4%，试求出激光器的光调制指数。假定一个SCM系统有120个信道，每个信道的调制指数为%；链路包含一根耗资为1dB/km的12km长的单模光纤，每端有一个耗资为的连结器；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W，B=5GHz，ID=10nA，Req=50,Ft=3dB。试求本系统的载噪比。29.假定一个有32个信道的FDM系统中每个信道的调制指数为%，若RIN135dB/Hz，PIN光电

10、二极管接收机的响应度为0.6A/W，B5GHz，ID10nA，Req50，Ft3dB。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添到7%，接收光功率减少到13dBm，试求这个链路的载噪比。向来有一个565Mb/s单模光纤传输系统，其系统整体要求以下：（1）光纤通讯系统的光纤耗资为km，有5个接头，均匀每个接头耗资为，光源的入纤功率为-3dBm，接收机敏捷度为-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/（），光源光谱宽度为。求：最大中继距离是多少注：设计中采纳色散（功率）代价为1dB，光连结器耗资为1dB（

11、发送和接收端各一个），光纤富于度为km，设施富于度为。一个二进制传输系统拥有以下特色：（1）单模光纤色散为15ps/，耗资为km。（2）发射机用1551nm的GaAs激光源，发射均匀光功率为5mW，谱宽为2nm。（3）为了正常工作，APD接收机需要均匀1000个光子/比特。（4）在发射机和接收机处耦合耗资合计3dB。求：1）数据速率为10和100Mb/s时，找出受耗资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）对这个特别系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包含耗资和色散两种限制。比较下边两个速率为100Mb/s的系统其耗资受限的最大传输距

12、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：敏捷度为-50dBm；3）渐变折射率光纤：在850nm处的耗资为km；4）连结器耗资：每个连结器为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：敏捷度为-38dBm；3）渐变折射率光纤：在300nm处的耗资为km；4）连结器耗资：每个连结器为1dB。每个系统均要求6dB的系统富于度。某光纤通讯系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机敏捷度为-40dBm，设施充裕度为6dB，光缆充裕度为km，光纤接头耗资

13、为km，且不考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，假如希望最长中继距离为60km，此时的光缆的衰减系数为多大阶跃型光纤中，已知纤芯折射率n1=，n2，纤芯半径a4m，工作波长m。求：（1）相对折射指数差；（2）光纤中传输的模式数目；（3）每公里长度光纤的模式色散一光纤通讯系统的光纤耗资为dB/km，光发射机的均匀发送光功率为-1dBm，全程光纤均匀接头耗资为dB/km。设计要求系统富饶度为6dB，无中继传输距离为70km。求：（1）知足上述要求，光接收机敏捷度最少应取多少（2）若要求系统赞成的最大接收功率为10dBm，则光接收机的动向范围至少应取多少已知阶跃型光纤的n1=，=，芯子半径a=10m

14、，波长0=试m,计算：（1）数值孔径NA（2）归一化频次（3）入射光芒的激励角范围已知阶跃型光纤的n1=，=%，0=m,若光纤中的导模数目N=2，试问最少纤芯半径为多大38.有一五次群单模光缆传输系统，线路码型为3B4B码，应用InGaAs-LD，其ItEg可得c1.24/Eg，因GaAs的禁带宽度为,所以c0.87m。5.解：(1)因为一化率V2an12n22501.45821.4520.8556.36(2)播的模式数MV2/21588(3)光的数孔径:NAn12n220.153(4)光模工作的波:2222.613an2n22.61350n2n219.9can1n21212(m)2.405解

15、：已知因非全反射致的等效耗系数(mm-1)2)由q=1,2,3.(Hz)波隔9.51010(m)3）由1374解：依据意得PS3dBm，PR38dBm，f0.4dB/km，s0.05dB/km，c0.5dB/个,M4dB由PSPR2cLfMLs得LPSPR2cM33820.540.466.7kmfs0.05PP8.解：由意得SR3即SR1:2P2P1P2P1故有P13P2已知-10lgP11.5，得110-0.15PP0P0因为P01mw所以P1P010-0.1510-0.15=0.70mwP21P1110-0.150.23mw339.（1）见图，由折射定律可得n0sin=n1sin（1）n1

16、sin(90-)=n2sin（2）要使光波能在光纤中传输，右图中的A点必然知足全反射条件。所以，当=90时，式（2）变成n(3)cos=2n1由式(1)和式(3)联立可得n2n2(4)sin=12n0将题中已知参量代入式(4)，获得152.2149.20.226sin=133.即光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角为。（2）光纤搁置在空气中，则n0n2n2152.2149.20.30=1NA=12解：衰减的影响La=(PT-PR-2Ac-Pp-Me)/(Af+As+Mc)=+37-2-1/+=(km)色散的影响66LD=(10)/(BD)=)/210=33.9km由上述计算能够看出,中继

17、段距离只好小于33.9km,关于大于33.9km的线段,可采纳加接转站的方法解决。关于弱导波光纤:=(n1-n2)/n1=。12.解：入射光与玻璃表面之间的夹角133，则入射角i57，反射角ry57。因为折射光束和反射光束之间的夹角正好为90，所以折射角。由折射定律nisininysiny，nn1获得i0n1nysini/sinysin67/sin331.69此中利用了空气折射率ni1。这类玻璃的临界角为arcsin110.59ny1.6913.解：阶跃光纤的数值孔径为NAsinmaxn12n220.24赞成的最大入射角maxarcsin0.24自己用matlab算出来解：光纤的归一化频次V2

18、an12n222an1233.300光纤中流传的模数目V2M554215.解：（1）由V12an12n222aNA，获得纤芯直径为111V12M10.852000a130.272NA2NA20.20（2）当21.31m，有12M122M22NA2NA获得模的个数为220.85M212M12100042121.31（3）当21.55m，获得模的个数为20.852M312M1100035421.55解：信号的周期为T1/f0信号在纤芯中传输的速度为vc/n1因为信号延缓半个脉冲周期，则光纤的长度L为Tc13108112.5mLv2f01.5281062n117.解：（1）由归一化频次V2an12n

19、222an12获得00a0V2n12为了保证光纤中只好存在一个模式，则要求V2.405，则要求光纤纤芯半径a02.4051.312.4052n1221.50.47m20.25（2）若取芯径a5m，保证单模传输时，则12120V02.40522n1a220.002n1a解：渐变光纤纤芯中某一点的数值孔径为NArn2rn2a2n201ra19.解：由10lgPi,得P0Pi10L/10LPo关于1300nm波长的光信号，0.6dB/km,L8km&20km,Pi150W在8km和20km处的功率各是PP10L/10150100.48W，150101.2Woi关于1550nm波长的光信号，0.3dB

20、/km,L8km&20km,Pi100W在8km和20km处的功率各是PoPi10L/10100100.24W，100100.6W解：（1）依据耗资系数定义lgPiLPo获得发送端的功率最少为L/101.8PoPi100.310W（2）假如光纤的耗资变成2.5dB/km，则所需的输入光功率为PoPi10L/100.3103W解：（1）纤芯和包层的相对折射率差为n2n2120.012n12则获得n21.475接收端最快和最慢的模式之间的时延差253Ln110cn231080.010.113s1.475（2）模式色散致使的均方根脉冲展宽实质上就等于最快和最慢的模式之间的时延差TLn120.113s

21、cn2（3）光纤的带宽距离积4c431088.05kmGb/sBL21.490.012n122.解：纤芯和包层的相对折射率为221NA10.302n120.0211.45由阶跃光纤的比特距离积BLc，获得光纤带宽2n1c49Mb/sB2n1L23.解：波长为1m的光子能量为8Ehfchc/6.631034Js3106m/s1.991020J10m对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为Ehfc6.631034s66.631028J110HzJEhfc6.631034Js100106Hz6.631026J解：光子数为nI104Ihc1040.146.6310hfc0.7103486310

22、1043.981016解：粒子数为I343108Ihc16.631021n0.51063.9810hfc26.解：1.3(m)0.81.3m时的响应度为R0.84A/W；1.241.241.55(m)0.81.55m时的响应度为R1A/W。1.241.24因为响应度正比于波长，故在1.55m处光电二极管比1.3m处敏捷。N1/21/2。27.解：由mmi2获得m300.03400.03i1N1/21/228.解：由mmi2获得m1200.023。i1激光耦合进光纤的功率为Pt2mW，用dBm表示Ptlg2(dBm)，光检测器接收到的功率为P，依据L20.5PtP，获得PPtL20.5此中耗资系

23、数1dB/km，长度L120km，20.5为两个连结器的耗资。因为是PIN，所以载噪比为C0.5(mRP)2NRIN(RP)2Beq2e(IPID)Beq4kTFtBeq/Req把参数e1.61019C，R0.6A/W，RIN143dB/Hz，Beq5GHz，ID10nA，k1.381023J/K，T290K，Req50，Ft3dB代入上式，就得出C/N的值。N1/21/229.解：（1）由mmi2获得m321.61019C，0.033，参数ei1R0.6A/W，P=10dBm，RIN135dB/Hz，Beq5GHz，ID10nA，k1.381023T290K，R50，3dB代入上式，就得出C

24、/NJ/K，eqFt的值。，C0.5(mRP)2NRIN(RP)2Beq2e(IPID)Beq4kTFtBeq/Req（2）将上式的m320.071/213dBm，代入上式很简单就求出载噪，P=比。30.解：（）把S3dBm，R56dBm，1dB，s0.2dB，M5.5dB，1PPcf0.1dB/km，m0.1dB/km代入LPSPR2c5sM1fm此中右侧分子上的1是指色散（功率）代价。于是可经过计算获得耗资限制的最大中继距离。（2）受色散限制的最大传输距离为106LBD因为是单模光纤，所以0.100，D2ps/(km.nm)，1.8nm，分子上的106是为了和分母的B的单位相般配，B的单位

25、必然要用Mb/s。代入数据就能够求出6L的值来。此中B565678Mb/s。5求出受色散限制的最大传输距离，此后与耗资限制的最大中继距离比较，取最小值，就是最大中继距离。解：（1）由“为了正常工作，APD接收机需要均匀1000个光子/比特”获得hcAPD的接收功率为PR1000B此中h是普朗克常数，c是光速，是波长。又已知PS5mW，把发射功率和接收功率用dBm表示出来。受耗资限制的最大传输距离为LPSPR3f此中f0.2dB/km（2）受色散限制的最大传输距离为106LBD因为是单模光纤，所以0.100，D15ps/(nm.km)，2nm，分子上的106是为了和分母的B的单位相般配，B的单位

26、必然要用Mb/s。代入数据就能够求出L的值来。（3）对这个特别系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包含耗资和色散两种限制。用matlab很简单表示。32.解：系统P0dBmPR50dBm，c1dBM6dB，f3.5dB/km1：把S，代入PSPR2cMLf可获得耗资受限的最大传输距离。系统2：把S13，R，M6dB，PP38dBmc1dBdBmf1.5dB/km代入LPSPR2cMf可获得耗资受限的最大传输距离。PTPRMEMC33.解：LS4(40)60.10.2dB/km=0.260解：（1）n1=，n2(n1n2)/n1=(2)M=V2/2V2an12M4222424220.013112an11.3121.51(3)maxLn1cmaxn11.510.0136.5108s/kmLc310535.解：(1)由PT=Pmin+L+L1+MPmin=PTL(+1)M=-1-70+-6=-35dBm动向范围D=PmaxPm