光纖通信試題計算分析題練習(xí)(供參考)

1、鍵入公司名稱鍵入文檔標題鍵入文檔副標題鍵入作者姓名2014/8/1計算、綜合、分析題練習(xí)1. 一階躍折射率光纖，纖芯折射率n1=1.5，相對折射率差A(yù)=1%，工作波長為1310nm,試計算：(1) 為了保證單模傳輸，其芯徑應(yīng)取多大？(2) 若取芯徑a=5pm，求其數(shù)值孔徑及其模式數(shù)。2. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為75%，渡越時間為1Ops。問：(1) 計算該檢測器的3dB帶寬；(2) 計算在1.3um和1.55um波長時的響應(yīng)度，并說明為什么在1.55um處光電二極管比較靈敏。3. 已知階躍型光纖的n1=1.5,=0.5%,工作波長入=1.31口m光纖中的導(dǎo)模M=2求：(1) 光纖的數(shù)值

2、孔徑NA。(2分)(2) 全反射臨界角eC。(3分)(3) 光纖的纖芯半徑a。(5分)4. 一個GaAsPIN光電二極管平均每兩個入射光子，產(chǎn)生一個電子一空穴對，假設(shè)所有的電子都被接收。(1) 計算該器件的量子效率；(2) 設(shè)在1.31um波段接收功率是10rW，計算平均輸出光生電流。(3) 計算這個光電鉺極管的長波長截止點入c(超過此波長光電二極管將不工忍人之所不能忍，方能為人知所不能為！作)。5. 某SI型光纖，光纖的芯徑d=2a為100pm，折射率nl=1.458，包層的折射率n2=1.450,在該光纖中傳輸?shù)墓獠ǖ牟ㄩLX=850nmo(1) 計算該光纖的V參數(shù)；(2) 估算在該光纖內(nèi)傳

3、輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；(3) 計算該光纖的數(shù)值孔徑；(4) 計算該光纖單模工作的波長。6. 有一GaAlAs半導(dǎo)體激光器，其諧振腔長為300卩m，材料折射率n=3.0,兩端的解理面的反射率為0.35。(1) 求因非全反射導(dǎo)致的等效損耗系數(shù)。(2) 求相鄰縱模間的頻率間隔和波長間隔。(3) 若此激光器的中心波長九=1310nm,與此相應(yīng)的縱模序數(shù)。7. 設(shè)140Mb/s的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，工作波長1300nm,其他參數(shù)如下：發(fā)射光功率為-3dBm，接收機的靈敏度為-38dBm(BER=10-9)，系統(tǒng)余量為4dB,連接器損耗為0.5dB/個，平均接頭損耗為0.05dB/km，光纖損耗為0.4dB/km，

4、試計算損耗限制傳輸距離。8. 分光比為3：1的定向耦合器，假設(shè)從輸入口0輸入的功率為1mW,從輸入口0到輸入口1的插入損耗為1.5dB，求兩個輸出口的輸出光功率。9. 已知階躍折射率光纖中n1=1.52，n2=1.49。(1) 光纖浸沒在水中(n0=1.33),求光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角；(2) 光纖放置在空氣中，求數(shù)值孔徑。10. 若一個565Mbit/s單模光纜傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為0.4dB/km,光纖接頭損耗為0.1dB/km,光源的入纖功率為-2.5dbm,接收機靈敏度為-37dbm，線路碼型5B6B，傳輸速率為677990kbit/s

5、，光源采用MLM-LD,光源譜寬為2nm，光纖的色散系數(shù)為2.5ps/(kmnm),光通道功率參數(shù)取0.115。設(shè)計中取光功率代價為1db,光連接器衰減為1db，光纖富余度為0.1db/km，設(shè)備富余度為5.5db。試求：系統(tǒng)的最大中繼距離。11. 弱導(dǎo)波階躍光纖芯子和包層的折射指數(shù)分別為n1=1.5,n2=1.45,試計算：(1) 纖芯和包層的相對折射指數(shù)差A(yù)；(2) 光纖的數(shù)值孔徑NA。12. 光波從空氣中以角度0=33投射到平板玻璃表面上，這里的9是入射光與玻11璃表面之間的夾角。根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好為90，請

6、問玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？13. 計算n=1.48及n=1.46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介質(zhì)12折射率n=1.00，則允許的最大入射角9為多少？max14. 已知階躍光纖纖芯的折射率為n=1.5，相對折射（指數(shù)）差二0.01，纖芯半1徑a=25卩m，若九。=1卩m，計算光纖的歸一化頻率V及其中傳播的模數(shù)量M。15. 一根數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長上可以支持1000個左右的傳播模式。試問：（1）其纖芯直徑為多少？（2）在1310nm波長上可以支持多少個模？（3）在1550nm波長上可以支持多少個模？16. 用纖芯折射率為n=1

7、.5，長度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率f0=8MHz的光脈沖，經(jīng)過該光纖后，信號延遲半個脈沖周期，試估算光纖的長度L。17. 有階躍型光纖，若n=1.5，九=1.31卩m，那么10（1）若二0.25，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑a應(yīng)取多大？（2）若取芯徑a=5卩m，保證單模傳輸時，應(yīng)怎么選擇？18. 漸變光纖的折射指數(shù)分布為求光纖的本地數(shù)值孔徑。19. 某光纖在1300nm處的損耗為0.6dB/km，在1550nm波長處的損耗為0.3dB/km假設(shè)下面兩種光信號同時進入光纖：1300nm波長的150yW的光信號和1550nm波長的100yW的光信號。試問這兩種光信號在8km和20km處的功率

8、各是多少？以yW為單位。20. 段12km長的光纖線路，其損耗為1.5dB/km。試回答：（1）如果在接收端保持0.3yW的接收光功率，則發(fā)送端的功率至少為多少？（2）如果光纖的損耗變?yōu)?.5dB/km，則所需的輸入光功率為多少？21. 有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的5km長的光纖鏈路，纖芯折射率n=1.49，1相對折射率差二0.01。（1）求接收端最快和最慢的模式之間的時延差；（2）求由模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬；（3）假設(shè)最大比特率就等于帶寬，則此光纖的帶寬距離積是多少？22. 有10km長NA=0.30的多模階躍折射光纖，如果其纖芯折射率為1.45，計算光纖帶寬。23. 計算一個波長為X

9、=1ym的光子能量，分別對1MHz和100MHz的無線電做同樣的計算。24. 太陽向地球輻射光波，設(shè)其平均波長九二0.7ym，射到地球外面大氣層的光強大約為I二0.14W/cm2。如果恰好在大氣層外放一個太陽能電池，試計算每秒鐘到達太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。25. 如果激光器在九二0.5卩m上工作，輸出1W的連續(xù)功率，試計算每秒從激活物質(zhì)的高能級躍遷到低能級的粒子數(shù)。26. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%,計算在1.3卩m和1.55卩m波長時的響應(yīng)度，說明為什么在1.55pm處光電二極管比較靈敏。27. 假設(shè)我們想要頻分復(fù)用60路FM信號，如果其中30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)

10、m二3%，而另外30路信號的每一個信道的調(diào)制指數(shù)m二4%，試ii求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。28. 假設(shè)一個SCM系統(tǒng)有120個信道，每個信道的調(diào)制指數(shù)為2.3%；鏈路包括一根損耗為ldB/km的12km長的單模光纖，每端有一個損耗為0.5dB的連接器；激光光源耦合進光纖的功率為2mW,光源的RIN=-135dB/Hz；PIN光電二極管接收機的響應(yīng)度為0.6A/W,B=5GHz,ID=10nA,Req=50Q，F(xiàn)=3dB。試求本系統(tǒng)的載噪比。29. 假設(shè)一個有32個信道的FDM系統(tǒng)中每個信道的調(diào)制指數(shù)為4.4%，若RIN=-135dB/Hz,PIN光電二極管接收機的響應(yīng)度為0.6A/W,B=5GH

11、z,I =10nA,R=50Q,F=3dB。Deqt(1) 若接收光功率為-10dBm，試求這個鏈路的載噪比；(2) 若每個信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%,接收光功率減少到-13dBm，試求這個鏈路的載噪比。30. 一直有一個565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng),其系統(tǒng)總體要求如下：(1) 光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1dB/km，有5個接頭，平均每個接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm,接收機靈敏度為-56dBm(BER=10-i9)。(2) 光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/(km.nm),光源光譜寬度為1.8nm。求：最大中繼距離是多少？注：設(shè)計中選取色散(功率)代

12、價為1dB，光連接器損耗為1dB(發(fā)送和接收端各一個)，光纖富于度為0.1dB/km，設(shè)備富于度為5.5dB。31. 一個二進制傳輸系統(tǒng)具有以下特性：(1) 單模光纖色散為15ps/(nm.km)，損耗為0.2dB/km。(2) 發(fā)射機用九=1551nm的GaAs激光源，發(fā)射平均光功率為5mW,譜寬為2nm。(3) 為了正常工作，APD接收機需要平均1000個光子/比特。(4)在發(fā)射機和接收機處耦合損耗共計3dB。求：(1) 數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時，找出受損耗限制的最大傳輸距離。(2) 數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時，找出受色散限制的最大傳輸距離。(3) 對這個特殊系統(tǒng)，用圖表示最

13、大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩種限制。32. 比較下面兩個速率為100Mb/s的系統(tǒng)其損耗受限的最大傳輸距離。系統(tǒng)1工作在850nm：(1) GaAlAs半導(dǎo)體激光器：OdBm(lmW)的功率耦合進光纖；(2) 硅雪崩光電二極管：靈敏度為-50dBm；(3) 漸變折射率光纖：在850nm處的損耗為3.5dBm/km；(4) 連接器損耗：每個連接器為1dB。系統(tǒng)2工作在1300nm：(1) InGaAsPLED：-13dBm的功率耦合進光纖；(2) InGaAsPIN光電二極管：靈敏度為-38dBm；(3) 漸變折射率光纖：在300nm處的損耗為1.5dBm/km；(4) 連接器損

14、耗：每個連接器為1dB。每個系統(tǒng)均要求6dB的系統(tǒng)富于度。33. 某光纖通信系統(tǒng)，其發(fā)送光功率為-4dBm，光接收機靈敏度為-40dBm，設(shè)備富余度為6dB,光纜富余度為0.1dB/km，光纖接頭損耗為0.2dB/km，且不考慮色散的影響，求當(dāng)無光纜配線架時，如果希望最長中繼距離為60km，此時的光纜的衰減系數(shù)為多大？34. 階躍型光纖中，已知纖芯折射率n1=1.51,n2=1.49，纖芯半徑a=4ym,工作波長九=1.31pm。求：(1)相對折射指數(shù)差；(2) 光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；(3) 每公里長度光纖的模式色散35. 一光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.35dB/km，光發(fā)射機的平均發(fā)送光功率

15、為-1dBm,全程光纖平均接頭損耗為0.05dB/km。設(shè)計要求系統(tǒng)富裕度為6dB，無中繼傳輸距離為70km。求：(1)滿足上述要求，光接收機靈敏度至少應(yīng)取多少？(2) 若要求系統(tǒng)允許的最大接收功率為一10dBm，則光接收機的動態(tài)范圍至少應(yīng)取多少？36. 已知階躍型光纖的n1=1.5，A=0.01，芯子半徑a=10pm，波長X0=1.5pm,試計算：(1)數(shù)值孔徑NA(2)歸一化頻率(3) 入射光線的激勵角范圍37. 已知階躍型光纖的n1=1.5,=0.5%,入0=1.3Um,若光纖中的導(dǎo)模數(shù)量N=2,試問至少纖芯半徑為多大？38. 有一五次群單模光纜傳輸系統(tǒng)，線路碼型為3B4B碼，應(yīng)用InG

16、aAs-LD，其It20dBo采用的光纜其固有損耗為0.4dB/km,接頭損耗為0.1dB/km，光連接器衰減為1dB，光纖色散系數(shù)S2.0ps/nmkm,光纖富余度為0.1dB/km。若考慮1dB色散代價(取0.115),5dB設(shè)備富余度，試計算在系統(tǒng)設(shè)計時，最大中繼距離為多少？39. 一無備用系統(tǒng)的光纜通信系統(tǒng)，在420km內(nèi)共設(shè)10個中繼器，各種設(shè)備的故障率如下：設(shè)備種類故障率（fit）140Mb/s光端機20000（端）140Mb/s中繼器7000（一線）光纜200（一公里）供電7500（一端）求：（1）系統(tǒng)總故障率。（2）平均無故障時間。40.已知均勻光纖的n1=1.51,A=0.0

17、1,工作波長入0=0.85口m,當(dāng)纖芯半徑a=25口m。試求：1）此光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)是多少？2）若要實現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)為多少？（3）系統(tǒng)中米用1:1的主備比，在系統(tǒng)發(fā)送和接收端各存在一個轉(zhuǎn)換設(shè)備,轉(zhuǎn)換設(shè)備的故障率為200fit（一端），平均故障修復(fù)時間為4小時。求: 此系統(tǒng)的失效率。 若系統(tǒng)的設(shè)計壽命為20年，則在此間系統(tǒng)的中斷通信時間。41.如果在無備用系統(tǒng)情況下，容許5000km光纖通信系統(tǒng)雙向全程每年4次全程故障，那么280km的數(shù)字段雙向全程每年允許出現(xiàn)的全程故障是多少次？42. 某激光器的輸出光功率為500mw,問此功率可折合為多少dBm?43. 某種光纖的纖芯和包層的折射率

18、分別是1.48和1.46，則其臨界傳播角為？44. 光接收機的靈敏度Sr是指在滿足給定誤碼率或信噪比條件下，接收機接受微弱信號的能力，工程上常用最低平均光功率Pmin來描述，現(xiàn)若有最低平均光功率Pmin為lmW，則其靈敏度Sr為？45. 光接收機的動態(tài)范圍D是指在保證系統(tǒng)誤碼率指標要求下，接收機的最低光功率Pmin和最大允許光功率Pmax則其動態(tài)范圍D為?之比，現(xiàn)知Pmin和Pmax分別是10W和100W，46. 一階躍折射率光纖，已知纖芯和包層的折射率分別是n1=1.486,n2=1.472,現(xiàn)僅考慮模式色散，則：（1）每1km長度的脈沖寬度。（2）假設(shè)輸入光脈沖的寬度T與模式色散產(chǎn)生的展寬

19、山相比可以忽略不計,在以上情況下計算可傳輸光脈沖的最大比特率。47.一階躍折射率光纖，已知纖芯和包層的折射率分別是：n1=1.48,n2=1.46,求：（1）其臨界入射角&C；（2）其臨界傳播角aC;3）其數(shù)值孔徑NA；（4）其最大接收角；（5）是否能得知相對折射率差的大??？相對折射率差和光纖與光源之間的耦合效率有何關(guān)系？實際光纖對有什么要求？48. 已知某光纖參數(shù)如下:a=4.0m,=0.003,纖芯折射率為叫=1.48。試問：（1）此光纖能否傳輸波長A=1.31m的TE01和TM01模？說明理由。（2）如要使TE01和TM01模能夠傳輸，光波長應(yīng)做怎樣的調(diào)整？49. 已知某光纖參數(shù)如下：a

20、=6m,=0.002,纖芯折射率為叫=1.5。若干HEmn模的截止頻率和若干EHmn模的截止頻率如表1和表2。試問：（1）當(dāng)光波長分別為A1=1.55m，入2=1.31m，、=0.85m時，光纖中能傳輸哪些導(dǎo)波模？2）從（1）中能看出波長與歸一化頻率、可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量有何關(guān)系？可傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量與歸一化頻率的近似關(guān)系表達式是？3）歸一化頻率的值一般還決定了包層傳輸?shù)墓β收伎偣β实谋壤?，對于上例光波長為入j=1.55m而言，若假設(shè)總功率為lOOOdBm，則包層傳輸?shù)墓β蔖為多少？模式EHmnEH11EH12:mnEH13EH14EH21EH22EH23EH24截止頻率vc3.3827.01610.

21、17313.3245.1368.41711.62014.79表2若干EHmn模的截止頻率50.已知某階躍光纖參數(shù)如下：=0.003,纖芯折射率為叫=146,其中光波長包層表1若干HEmn模的截止頻率模式HEmnHE21HE22_:mnHE23HE24HE31HE32HE33HE34截止頻率vc2.0455.5208.65411.7923.8327.01610.17313.32是A=1.31m，求單模傳輸時光纖具有的纖芯半徑a。51. 對于單縱模激光器，定義邊模抑制比MSR為主模功率P、與次邊摸功率P、*之主邊比,它是半導(dǎo)體激光器頻譜純度的一種度量，若P、=10dBm，P=1dBm，主邊則MSR

22、為？52. 光檢測器的響應(yīng)度R表明了光檢測器將光信號轉(zhuǎn)化成電信號的效率，現(xiàn)知光檢測器的光電流Ip=1.0A，其入射光功率為Pin=1.4286W，則響應(yīng)度R的大小為？53. 某LAN光纖鏈路工作波長入=850nm,鏈路長度L=2000m,最大比特率為16Mb/s，采用線寬為20nm的LED光源，光設(shè)備的上升時間為8ns,10/100Mb/sLAN最大光纜長度如表1,用MMF（多模光纖）62.5/125m的光纖。表110/100Mb/sLAN最大光纜長度LAN類型波長/nm最大長度/m最大損耗dB/km帶寬距離積/Mb/sXkm纖芯50m纖芯62.5m纖芯50m纖芯62.5m10Base-F85

23、0100020003.75500160100Base-FX1300200020001.5500500100Base-SX85020003.75500求：系統(tǒng)要求的上升時間。模式色散引起的脈沖展寬mod，即光線模式上升時間。色度色散引起的脈沖展寬Ajh。求系統(tǒng)實際上升時間sys。(5) 可以達到指定的比特率嗎？(6) 如果光纖的帶寬不能滿足要求，你認為該如何解決？注：色度色散計算公式D(入)=%(入出)和ch=|D(入)|入L。4入3ch計算、綜合、分析題練習(xí)答案1.解：由單模傳輸條件得aW2.40遼=2.36pm2呻2A由數(shù)值孔徑的定義式有V2則模式數(shù)為m=12.65，2所以光纖中存在13個模

24、式。0.420.422.解：(1)f二.二.二4.2x104MHz二42GHzcT10X10-12d(2)響應(yīng)度R定義為光生電流I與輸入光功率P之比，即p=IPPinpin因為入射光功率對應(yīng)于單位時間內(nèi)平均入射的光子數(shù)P/(hf)而入射光子inc以量子效率耳部分被吸收，并在外電路中產(chǎn)生光電流，則有響應(yīng)度波長為1.3um時，p二0.75X1.3二0.79(A/W)1.24 一波長為1.55um時，p二0.75X1.55二0.94(A/W)1.243.4.由上式可知，在量子效率一定時，響應(yīng)度與波長成正比。所以由PIN在1.55um處的靈敏度高于在1.3um處。解:(1)NA=np2A=1.52x0

25、.005=0.15(2)n2n2n(2) A=r=0.005;.r=0.992n2n110=arcsin()=arcsin(、:0.99)=84.30，cn1(3) V2M=2;2解：(1)由量子效率的定義得光生電子一空穴對150。/)一入射光子數(shù)=2=50%)Ihf(2)由公式耳=-一,得Pe0(3) 根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件hfEg可得九二1.24/Eg,因GaAs的禁帶寬c度為1.424ev,所以九二0.87pm。c5. 解：由于歸一化頻率V二an2-n2(2)傳播的模式總數(shù)M二V2/2=1588該光纖的數(shù)值孔徑：NA=x-n2-n2=0.153(4) 該光纖單模工作的波長：九九=2405

26、ajn2-n2=2.613a*n2n=2.613x50xjn2n=19.9(口m)6. 解：已知1=二二二二=二:=,-=,二1)因非全反射導(dǎo)致的等效損耗系數(shù)ot=-In=In亀3.50(mm-1)2L11?220.20.35*&.352)由-=二q=1,2,3波長間隔一三二.二:.I；9.5X1010(m)7.3)由十：-=解：根據(jù)題意得1374SRca+afs0.4+0.058.解：由題意得S=3即SR,=PRP+P12P+P12P=-3dBm，P=-38dBm，a=0.4dB/km，a=0.05dB/km，SRfa=0.5dB/個,M=4dBc由PP=2a+La+M+LaSRcfsP-P

27、-2a-M3-(-38)-2x0.54得L=rc=66.7km故有P二3P12已知_101g掃=1.50，得1=10-0.150由于P=1mw所以P=P10-0.15=10-0.15=0.70mw0109.(1)見圖，由折射定律可得n0sina=n1sinp(1)n1sin(90-p)=n2sinY(2)要使光波能在光纖中傳輸，右圖中的A點必須滿足全反射條件。因此，當(dāng)y=90(3)時，式(2)變?yōu)閏osp=2-n1n0由式和式聯(lián)立可得sina=上n1二n2(4)將題中已知參量代入式(4)，得到1522-1492sma=_1490.2261.33心13.06。即光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最

28、大接收角為13.06。(2)光纖放置在空氣中，則n0=1NA=、：n2-n：八15221.492-0.3010.解：衰減的影響La=(PT-PR-2Ac-Pp-Me)/(Af+As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km)色散的影響LD=(X1O6)/(BXA九xD)=(0.115xl06)/(677.99x2x2.5)=33.9km由上述計算可以看出，中繼段距離只能小于33.9km，對于大于33.9km的線段,可采取加接轉(zhuǎn)站的方法解決。11. 對于弱導(dǎo)波光纖:A=(n1-n2)/n1=(1.5-1.45)/1.5=0.033;NA=n1V(2A

29、)=1.5V(2*0.033)=0.387。12. 解：入射光與玻璃表面之間的夾角0=33，則入射角。二57，反射角1i0r=57。由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為90，所以折射角0=33Oy由折射定律nsin0i=nysin0y,n=n0=1得到n二1其中利用了空氣折射率n。這種玻璃的臨界角為13. 解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為允許的最大入射角0=arcsin(0.24)自己用matlab算出來max14. 解：光纖的歸一化頻率光纖中傳播的模數(shù)量15. 解：(1)由V=旦agn=竺aNA，得到纖芯直徑為1尢12尢11(2) 當(dāng)鶴=1.31卩m，有得到模的個數(shù)為(3) 當(dāng)九2=1.55pm，

30、得到模的個數(shù)為16. 解：信號的周期為信號在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹橛捎谛盘栄舆t半個脈沖周期，則光纖的長度L為17. 解：(1)由歸一化頻率V=込a“2n2=互an、態(tài)得到入12入100為了保證光纖中只能存在一個模式，則要求V2.405，則要求光纖纖芯半徑(2)若取芯徑a=5pm，保證單模傳輸時，則18. 解：漸變光纖纖芯中某一點的數(shù)值孔徑為19. 解：由a=10igP，得Po=P10也/10LPo對于1300nm波長的光信號，a=0.6dB/km,L=8km&20kmP=150pW在8km和20km處的功率各是P=P10-aL/10=150X10-0.48pW150X10-1.2pWoi，對于15

31、50nm波長的光信號，a=03dB/km，L=8km&20km,p=100pW在8km和20km處的功率各是P=P10-aL/10=100X10-0.24pW，100X10-0.6pWoi20. 解：(1)根據(jù)損耗系數(shù)定義得到發(fā)送端的功率至少為(2)如果光纖的損耗變?yōu)?.5dB/km，則所需的輸入光功率為21. 解：(1)纖芯和包層的相對折射率差為則得到接收端最快和最慢的模式之間的時延差(2) 模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實際上就等于最快和最慢的模式之間的時延差(3) 光纖的帶寬距離積22. 解：纖芯和包層的相對折射率為由階躍光纖的比特距離積BL/2。28.解：由m=(遲m2得到m=(120x

32、0.023/2激光耦合進光纖的功率為P=2mW，用dBm表示P=lg2（dBm），光檢測器tt接收到的功率為P，根據(jù)L+2x0.5=P-P，得到t其中損耗系數(shù)a=1dB/km，長度L=120km，2x0.5為兩個連接器的損耗。由于是PIN，所以載噪比為把參數(shù)e=1.6x10-19C，R=0.6A/W，RIN=-143dB/Hz，B=5GHz，eqI=10nA，k=1.38x10-23J/K，T=290K，R=500，F(xiàn)=3dB代入上Deqt式，就得出C/N的值。29.解：1）由A1/2m2得到m=(32x0.033)l/2，參數(shù)e=1.6x10-19CR=0.6A/W，P=10dBm，RIN=

33、-135dB/Hz，B=5GHz，I=10nA，eqDk=1.38x10-23J/K,T=290K，R=500，F(xiàn)=3dB代入上式，就得出C/Neqt的值。，（2）將上式的m=（32x0.07）1/2，p=-13dBm，代入上式很容易就求出載噪比。30.解：(1)把P=-3dBm，P=-56dBm，a=1dB，a=0.2dB，M=5.5dB,SRcsa=0.1dB/km，a=0.1dB/km代入fm其中右邊分子上的1是指色散（功率）代價。于是可通過計算得到損耗限制的最大中繼距離。（2）受色散限制的最大傳輸距離為由于是單模光纖，所以匕=0.100，D=2ps/（km.nm），b=1.8nm，分子

34、入上的106是為了和分母的B的單位相匹配，B的單位一定要用Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出L的值來。其中B=565x-=678Mb/s。5求出受色散限制的最大傳輸距離，然后與損耗限制的最大中繼距離相比取最小值，就是最大中繼距離。31.解：（1）由“為了正常工作，APD接收機需要平均1000個光子/比特”得到APD的接收功率為P=1000x-hCR九B其中h是普朗克常數(shù)，c是光速，九是波長。又已知P=5mW，把發(fā)射功率和接收功率用dBm表示出來。SPp3受損耗限制的最大傳輸距離為L=pp3af其中a=0.2dB/kmf（2）受色散限制的最大傳輸距離為由于是單模光纖，所以=0.100，D=15ps/（

35、nm.km），b=2nm，入分子上的106是為了和分母的B的單位相匹配，B的單位一定要用Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出L的值來。（3）對這個特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩種限制。用matlab很容易表示。32.解：系統(tǒng)1：把P=0dBm，P=50dBm，a=1dB，M=6dB，a=3.5dB/kmSRcf代入可得到損耗受限的最大傳輸距離。系統(tǒng)2:把P=13dBm，P=38dBm，a=1dB，M=6dB，SRc=1.5dB/km代入可得到損耗受限的最大傳輸距離。33.解：a=PPrMeaMLSC34.解：(2)(3)35.解：(2)=i4)6-0.2-0.1二0.

36、2dB/km60(1)伽=1.51，n2=1.49=(nn2)/n1=(1.51-1.49)/1.51=0.013M=V2/2At=LnjAmaxc(1)由P=P+L+L+MTminaalP.=PtL(+JM=-1-70X(0.35+0.05)-6=-35dBmminTaa1動態(tài)范圍D=PPmaxminD=-10-(-35)=25dB36.解:37.解38.解39.解40.解41.解42.解43.aC=arcsinJ1_=arcsinJ1(44.45.46.解解：該處必須注意單位Sr的單位是dBm,Pmin的單位是mW,計算時要注意單位以免出錯，依據(jù)公式Sr=10lgPmin=10lg10=1

37、0dBm解：D=iOigPffiax=iOlg100=1dB，注意單位！Pmin10解：（1）光纖長度單位和光速單位分別是km和km/s，則山=也（生歸）=cn21X1.486（1.486-）（）3X105（2）輸入光脈沖的寬度T與模式色散產(chǎn)生的展寬At相比可以忽略不計，則最大比特率為B=丄=1=10.6(Mb/s)max2At2X1.47X10847.解：（1）臨界入射角B=arcsin（歸）=arcsin（cn1(2) aC=arcsinJ1(蟲)2二arcsinJi-(n1(3) NA=sinB0=52丐)1/2=(1.4821.462)1/2=0.242(4) 00=arcsin(NA

38、)=140數(shù)值孔徑NA在實際計算時還有另外的計算公式為：NA=sin00=(n2n2)1/2=(2n2)1x(n1n2)1/2=n屍12，V11(2n12)22則：4=丄（sin0o）=1（-2 n12一般而言，相對折射率差大一些，光纖與光源之間的耦合效率就高一些，但是要過大的話，色散影響就越嚴重，實際光纖總有41。48. 解：（1）由方程V=心口嚴血可得：V=2nnaV2A=2nX1.48X4.0X10-62X0.003=2.2，入11.31X10-6而TE01和TM01模的歸一化截止頻率Vc=2.045，顯然VVc條件的模式都可以在光纖中傳輸。因為V=互口評血，所以有：入12n_2nfV na”2A=X1.5X6X1