光纤通信作业

第8章第3节作业
1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？
答：当光纤带宽与信号速率之比足够大时，传输距离主要受到光纤损耗的限制。

即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。

限制决定于下列因素：
(dBm)；
(1)发送端耦合入光纤的平均功率P
T
(2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm)；
(dB)。

(3)光纤线路的总损耗
T
2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？
答：当系统的损耗足够小，传输码速高时，传输距离主要受光纤色散等的限制。

即在光纤损耗较低，码速较高时，对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制，这种系统称为色散限制系统。

3、从传输带宽角度看，NRZ和RZ码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？
答： NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。

即RZ码占用传输带宽宽。

NRZ码：B（bit/s）＝Bc（Hz）
RZ码：B（bit/s）＝2Bc（Hz） Bc（Hz）＝1/2 B（bit/s）
4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下：
LD光源平均入纤功率 0 dBm
光缆损耗 0.4 dB／km
熔接头损耗 0.1 dB／km
活动连接器损耗 1dB／个
APD接收机灵敏度：
B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm
B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm
系统富余度 9 dB
试计算损耗限制传输距离。

解：（a）当B=35Mb/s时
（b）当B=500Mb/s时
5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。

发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。

解：
2、有一个双异质结InGaAsP —LED ，中心发光波长为1310nm ，其材料的辐射复合率为50ns ，非辐射复合率为70ns 。

试计算：
(a) 发光时的内量子效率ηint ；
(b) 设驱动电流为100mA ，计算该LED 的内部发光功率；
(c) 若该LED 芯片与多模光纤的直接耦合效率为-14dB ，计算入纤的光功率大小。

解：
int int int 11
0.58350
1170
(/)(
)55.290.0455.29 2.2rr
nr
e ext hcI
P q I mw q P mw
ηττηωηληη=
=
=++
=====⨯= in int (a)由式（3.1.14）得
(b)由式（3.2.1）得
(c)由式（3.2.2）得
3、已知一弱导波阶跃型光纤，纤芯和包层的折射率分别为n 1＝1.5，n 2＝1.45，纤芯半径a ＝4μm ，λ＝1.31μm ，L ＝1km 。

计算： （1） 光纤的数值孔径； （2） 光纤的归一化频率； （3） 光纤中传输的模数量； （4） 光纤的最大时延差。

解：（1）NA ＝sin θmax ＝（n 21－n 22）1/2＝0.38 （2）
12224()1.31()
7.37
V n m m π
π
λ
λ
π
μμ==
=
⨯=（3）M ＝V 2/2＝7.372/2＝27 （4）
1max 2
2
1221
55
2.5.260.032821.50.03281(k )310(k /)
0.016410ns n L
C
n n n m m s s τ-⨯∆⨯∆=-∆==⨯⨯⨯⨯ （）式＝＝（）＝16.4
1max 221221
55 2.5.260.032821.50.03281(k )310(k /)0.016410ns
n L C n n n m m s s τ-⨯∆⨯∆=-∆==⨯⨯⨯⨯ （）式＝＝（）
＝16.4
4、有一个波长为1310nm LED ，其谱宽45 nm 。

则光纤材料色散造成的单位长度脉冲展宽是多少?若是谱宽为2 nm 的LD ，则脉冲展宽又是多少? 解：由式（2.4.13）得
0 1.273122(1)122(1) 3.4/.1.31
M D ps nm km λλ=-=-=
代入式（2.4.28）得到LED 脉冲展宽：
3.4(/)1()45()155LED D L ps nm km km nm ps τλ∆=⋅⋅∆=⋅⨯⨯= 同理得到LD 脉冲展宽：
3.4(/)1()2() 6.8LD D L ps nm km km nm ps τλ∆=⋅⋅∆=⋅⨯⨯=
5、有一个PIN 光电二极管，其η=O.9，λ=1300 nm ，入射光功率P 0=-37 dBm 。

计算：
(a)光电流大小；
(b)当负载电阻R L 等于50Ω，1000Ω及lOM Ω时的输出电压。

解：
＝0.94（A/W ）
0076666(0.94/)(37)0.942100.188()50(0.18810)(50)9.41000(0.18810)(1000)18850(0.18810)(1010) 1.88L L L L L L L R P A W dBm A
b R R R A V
R R A V R M R A V
μμμ----==-=⨯⨯==Ω=⨯Ω==Ω=⨯Ω==Ω=⨯⨯Ω=P P P P 光电流为
I 负载电阻上的输出电压为时，
V=I 时，V=I 时，V=I。