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1、键入公司名称键入文档标题键入文档副标题键入作者姓名2014/8/1计算、综合、分析题练习1. 一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n1=1.5，相对折射率差 = %，工作波长为 1310nm，试计算：(1) 为了保证单模传输，其芯径应取多大？(2) 若取芯径a = 5pm，求其数值孔径及其模式数。2. 设PIN光电二极管的量子效率为75%，渡越时间为10ps。问：(1) 计算该检测器的3dB带宽；(2) 计算在1.3um和1.55um波长时的响应度，并说明为什么在1.55um处光电二极管比较灵敏。3. 已知阶跃型光纤的n1=1.5, =0.5%，工作波长入=1.31um光纤中的导模M=2求：(1) 光
2、纤的数值孔径NA。(2分)(2) 全反射临界角。c。(3分)(3) 光纤的纤芯半径a。(5分)4. 一个GaAsPIN光电二极管平均每两个入射光子，产生一个电子一空穴对，假 设所有的电子都被接收。(1) 计算该器件的量子效率；(2) 设在1.31um波段接收功率是10日W，计算平均输出光生电流。(3) 计算这个光电铒极管的长波长截止点入c (超过此波长光电二极管将不工忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！ ！作）。5. 某SI型光纤，光纤的芯径d=2a为100四m，折射率n1=1.458，包层的折射率 n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长A=850nm。（1）计算该光纤的V参数；（2）估
3、算在该光纤内传输的模式数量；（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 GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长为300 R m，材料折射率n=3.0，两端 的解理面的反射率为0.35。（1）求因非全反射导致的等效损耗系数。（2）求相邻纵模间的频率间隔和波长间隔。（3）若此激光器的中心波长X=1310nm，与此相应的纵模序数。7. 设140Mb/s的数字光纤通信系统，工作波长1300 nm，其他参数如下：发射光功率为-3dBm，接收机的灵敏度为-38 dBm（BER=10-9），系统余量为 4 dB，连接器损耗为0.5 dB /个，平均接头损耗为0.05 dB/km，光
4、纤损耗为0.4 dB/km，试计算损耗限制传输距离。8. 分光比为3： 1的定向耦合器，假设从输入口 0输入的功率为1mW，从输入口 0到输入口 1的插入损耗为1.5dB，求两个输出口的输出光功率。9. 已知阶跃折射率光纤中n1=1.52, n2=1.49。（1）光纤浸没在水中（n0=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大 接收角；（2）光纤放置在空气中，求数值孔径。10. 若一个565Mbit/s单模光缆传输系统，其系统总体要求如下：光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km，光纤接头损耗为0.1dB/km，光源的 入纤功率为-2.5dbm，接收机灵敏度为-37dbm，线路码型5B6
5、B，传输速率为 677990kbit/s,光源采用MLM-LD，光源谱宽为2nm，光纤的色散系数为 2.5ps/（km nm），光通道功率参数取0.115。设计中取光功率代价为1db,光连 接器衰减为1db，光纤富余度为0.1db/km，设备富余度为5.5db。试求：系统的最大中继距离。11. 弱导波阶跃光纤芯子和包层的折射指数分别为n1=1.5,n2=1.45,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。12. 光波从空气中以角度七=33。投射到平板玻璃表面上，这里的七是入射光与玻 璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一 部分发生折射，如果
6、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？这种玻璃的临界角又是多少？13. 计算广1.48及七=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率n = 1.00，则允许的最大入射角0为多少？max14. 已知阶跃光纤纤芯的折射率为广1.5，相对折射（指数）差A = 0.01，纤芯半 径a = 25pm，若Z0 = 1顷，计算光纤的归一化频率V及其中传播的模数量M。15. 一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000 个左右的传播模式。试问：（1）其纤芯直径为多少？（2）在1310nm波长上可以支持多少个模？（3）在1550n
7、m波长上可以支持多少个模？16. 用纤芯折射率为广1.5，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率%= 8MHz的 光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度乙。17. 有阶跃型光纤，若n =1.5，入0 = 1.31顷，那么（1）若A = 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a = 5m，保证单模传输时，应怎么选择？18. 渐变光纤的折射指数分布为求光纤的本地数值孔径。19. 某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB/ km，在1550nm波长处的损耗为0.3dB / km。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的150W的光信号和1550n
8、m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Rw为单位。20. 一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km。试回答：（1）如果在接收端保持0.3W的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？（2）如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少？21. 有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n1 = 1.49， 相对折射率差=。.。（1）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；（2）求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；（3）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？22. 有10km长NA = 0.30的多模阶跃折
9、射光纤，如果其纤芯折射率为1.45，计算光 纤带宽。23. 计算一个波长为入=1顷的光子能量，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，设其平均波长人= 0.7顷，射到地球外面大气层的光强大约为I = 0.14W / cm 2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。25. 如果激光器在人= 0.5pm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。26. 设PIN光电二极管的量子效率为80%，计算在1.3pm和1.55m波长时的响应度，说明为什么在1.55pm处光电二极管比较灵
10、敏。27. 假设我们想要频分复用60路FM信号，如果其中30路信号的每一个信道的 调制指数mi = 3%，而另外30路信号的每一个信道的调制指数m. = 4%，试 求出激光器的光调制指数。28. 假设一个SCM系统有120个信道，每个信道的调制指数为2.3%；链路包括 一根损耗为1dB/km的12km长的单模光纤，每端有一个损耗为0.5dB的连 接器；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0.6A/W，B=5GHz，ID=10nA，R =50Q,户3dB。 试求本系统的载噪比。29. 假设一个有32个信道的FDM系统中每个信道的
11、调制指数为4.4%，若 RIN = -135dB / Hz，PIN光电二极管接收机的响应度为0.6A / W，B = 5GHz，ID = 10nA，R = 50Q，七=3dB。（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加到7%，接收光功率减少到-13dBm，试求 这个链路的载噪比。30. 一直有一个565Mb/s单模光纤传输系统，其系统总体要求如下：（1）光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有5个接头，平均每个接头损耗 为0.2dB，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-56dBm（BER=10-19）。（2）光纤线路上的线路码型是5B6B
12、，光纤的色散系数为2ps/（km.nm），光 源光谱宽度为1.8nm。求：最大中继距离是多少？注：设计中选取色散（功率）代价为1dB，光连接器损耗为1dB （发送和接 收端各一个），光纤富于度为0.1dB/km，设备富于度为5.5dB。31. 一个二进制传输系统具有以下特性：（1）单模光纤色散为15ps/（nm.km），损耗为0.2dB/km。（2）发射机用人=1551nm的GaAs激光源，发射平均光功率为5mW，谱宽 为 2nm。（3）为了正常工作，APD接收机需要平均1000个光子/比特。（4）在发射机和接收机处耦合损耗共计3dB。求：（1）数据速率为10和100Mb/s时，找出受损耗限制
13、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）对这个特殊系统，用图表示最大传输距离与数据速率的关系，包括损耗 和色散两种限制。32. 比较下面两个速率为100Mb/s的系统其损耗受限的最大传输距离。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：灵敏度为-50dBm；(3) 渐变折射率光纤：在850nm处的损耗为3.5dBm/km；(4) 连接器损耗：每个连接器为1dB。系统2工作在1300nm：(1) InGaAsPLED： -13dBm的功率耦合进光纤；(2) InGaAs
14、PIN光电二极管：灵敏度为-38dBm；(3) 渐变折射率光纤：在300nm处的损耗为1.5dBm/km；(4) 连接器损耗：每个连接器为1dB。每个系统均要求6dB的系统富于度。33. 某光纤通信系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机灵敏度为-40dBm，设备 富余度为6 dB，光缆富余度为0.1dB/km，光纤接头损耗为0.2dB/km，且不 考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，如果希望最长中继距离为60 km， 此时的光缆的衰减系数为多大？34. 阶跃型光纤中，已知纤芯折射率乃=1.51，n2=L49，纤芯半径a=4m，X 作波长X= 1.31 pm。求：(1) 相对折射指数差；(2)
15、 光纤中传输的模式数量；(3) 每公里长度光纤的模式色散35. 一光纤通信系统的光纤损耗为0.35 dB/km，光发射机的平均发送光功率为-1 dBm，全程光纤平均接头损耗为0.05 dB/km。设计要求系统富裕度为6 dB， 无中继传输距离为70 km。求：(1) 满足上述要求，光接收机灵敏度至少应取多少？(2) 若要求系统允许的最大接收功率为一10 dBm，则光接收机的动态范围至 少应取多少？36. 已知阶跃型光纤的n1=1.5，A=0.01，芯子半径a=10pm，波长X0=1.5pm,试 计算：(1) 数值孔径NA(2) 归一化频率(3 )入射光线的激励角范围37. 已知阶跃型光纤的n1=1.5, A =0.5%，入0=1.3 U m,若光纤中的导模数量N=2， 试问至少纤芯半径为多大？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 It50mA，标称波长为1310nm，光谱宽度为2nm，发送光功率为-2.3dBm,接 收灵敏度为-38dBm,动态范围20dBo采用的光缆其固有损耗为0.4dB/km,接 头损耗为0.1
