光线通信课后题解答

1.6RG-19/Uisusedat100MHzwithaninputpowerof10mW.Thereceiversensitivityis1pm.Computethemaximumlengthofthecommunicationslink.Repeatthecomputationforthecaseinwhichafiberwithalossof5dB/kmreplacesthecoaxialcable.Thefibersystem'sinputpowerandreceiversensitivityarethesameasthoseofthecoaxialcablesystem.（如果RG-19/U同轴电缆系统的工作频率在100MHz附近，假设其输入功率是100mW。接收机的灵敏度是1pW。试计算通信线路的最大长度。用损耗为5dB/km的光纤代替此同轴电缆，重复上面的计算。假设光纤系统的输入功率和接收机的灵敏度与同轴电缆系统相同。）Solufian 肥=1口翊诚Fi/Pl）,Fw=1kW,Pi=10mW,andtheRG-19/Ucoaioalcableliasanattenuationof22.6dBZkmwhencatrymgaICO-MHzsignalSo1.29Supposeafibersystemoperatesatawavelengthof1.55pm.Thesystemcanhandledigitalinformationatadatarateequaltoone-hundredthofonepercentoftheopticalfrequency.HowmanyHDTVcompressedvideochannelscanbemultiplexedontothisfibersystem?（假设一个光纤系统的工作波长为1.55pm。该系统可以传送的数字信息速率等于光频率的百分之一的百分之一。试问，有多少个HDTV压缩图像信道可以复用到这个光纤系统）上？Solutionf=—*1%*21业 M—=967100A 校2.8ComputethedivergenceangleofaGaussianbeamofwavelength0.8口mandspotsize1mm.Ifthisbeamisaimedatthemoon,whatisitsspotsizeonthemoon'ssurface?（Thedistancebetweentheearthandthemoonis3.8*108m.）Whatisitsspotsizeatdistancesof1kmand10km?（假设高斯光束的波长为0.8|am，光斑尺寸为1mm,计算其发散角。如果用这束光对着月球，则在月球表面的光斑尺寸为多大？（地球和月球之间的距离为3.8*108m。）在距离为1km和10km处，光斑尺寸又为多大？）SolllflOLl2A2*08^lO-6 -2A2*08^lO-6 -&=—= ― 5.09*10^™^gm14*1定«96.9止核3.pa0.255m4.13Foracertainsymmetric-slabwaveguide,n1=1.48(forthefilm),n2=1.46(forthesubstrateandsuperstrate),andthewavelengthis1300nm.Findthethicknessofthefilmiftherayangleis85°fortheTE0mode.Findthethicknessofthefilmiftherayangleis85°fortheTE2mode.(有一个对称平板波导，n1=1.48(中心薄膜),n2=1.46(敷层和衬底材料)，工作波长为1300nm。当TE0模对应的光线角度为85°时，计算中心薄膜厚度。当TE2模对应的光线角度为85°时，计算中心薄膜厚度。)SahitijoiLhdJf3 小l ytan——= 必吊］仓口^目一吟2'cas8'1m5.25AfiberhasanNA=0.2588.Alightsourcecoupledtoitemits75%ofitslightintoa60°full-coneangle,50%intoa30°cone,and25%intoa15°cone.Whatisthecouplingefficiencywhenthissourceandfiberareconnected?（如果RG-19/U同轴电缆系统的工作频率在100MHz附近，假设其输入功率是100mW。接收机的灵敏度是1pW。试计算通信线路的最大长度。用损耗为5dB/km的光纤代替此同轴电缆，重复上面的计算。假设光纤系统的输入功率和接收机的灵敏度与同轴电缆系统相同。）SohnwiiSothecouplingefficiencyis5^0%顶也enthissourceandfiberareconnect-ed.6.6WhenanLEDhas2Vappliedtoitsterminals,itdraws100mAandproduces2mWofopticalpower.WhatistheLED’sconversionefficiencyfromelectricaltoopticalpower?(假设某LED加上2V的电压时，将产生100mA电流和2mW的光功率。试求此LED的电光转换效率。)SohiriAii%6.26Anerbium-dopedfiberamplifiesat1550nmandispumpedat980nm.Computetheamplifierefficiencyiftheonlyenergylossisduetothefactthatittakesone980nmphotontoproduceone1550nmphoton.(掺铒光纤放大器的泵浦波长为980nm,放大波长为1550nm。如果仅仅考虑一个980nm光子产生一个1550nm光子的能量损失，试计算此放大器的效率。)Sohirwn吁=「竺'_勺叫％=63.2%155。

7.14ComputetheresponsivityofasiliconAPDoperatingat0.82口mandhavingthequantumefficiency0.8ifitsgainis100.Howmuchopticalpowerisneededbythisdetectortoproduce20nA?(假设一个硅APD工作在0.82口m，其量子效率为0.8，增益为100,试计算其响应度。要检测器产生20nA的光电流所需要的光功率为多大？)Solution治53A[W治53A[WF二三二__册二W&册二539.17Alaserdiodeilluminatesa2.5-kmlengthoffiber.Thetotallinklossoverthe2.5kmis4dB.Powerisreflectedbacktowardthelaserbytheendofthefiber,whichiscleavedsoastohaveasmooth,polishedsurface.Thefiberradiatesintoair.ComputethelevelofthereflectedlightpowerwhenitreturnstotheLD-thatis,howmanydecibelsdownfromtheemittedsignalisthereflectedsignal?(用一个半导体激光器激励2.5-km长的光纤。假设2.5km的总链路损耗是4dB，功率通过光纤的端面返回激光器，端面是平滑抛光的，光纤末端将光辐射到空气中。计算反射回激光器的光功率，也就是计算当光返回到LD时，反射信号与发射信号相比下降的分贝数。)SolutionReflectanceR(PS3)1-153R=(一=0.041+15Crosstalk(P307jL咨=-101o51D^=-101og^«14^n14M3+ =21dB11.6Theopticpowerreachingthereceiveris1pW.Thedetector'sresponsivityis0.5A/W,anditsdarkcurrentis4nA.Thetemperatureis27C,thereceiver'sbandwidthis500MHz,andtheloadresistanceis50。.Computethesignal-to-noiseratio.Computethethermal-noise-limitedSNR.Computetheshot-noise-limitedSNR.WhatvalueofphotodetectorgainisrequiredtomaketheactualSNRjust5dBlessthanthequantumlimit?Assumethephotodetectorhasnegligibleexcessnoise.(假