“光纤技术及应用”作业

姓名学号序号
1．叙述低通抽样定理
2．非均匀量化与均匀量化有何区别？采用非均匀量化的目的是什么？如何实现非均匀量化？
3．叙述A律13折线
4．单路话音信号的带宽为4kH z，对其进行PCM传输，求：
(1)最低抽样频率；
(2)抽样后按256级量化，求PCM系统的信息传输速率。

5．我国2M两种数字系列速率等级表。

1．应用费马原理导出反射定律。

2．某一渐变型多模光纤纤芯折射率分布为)](1[),,(2222
02y x n z y x n +-=α，式中0n 和α为常数。

用光线方程找出这种光纤中近轴光线的一般光路。

3．电磁场的波动方程----),,,(t z y x E →遵循的方程, 推导出亥姆霍兹方程----),,(z y x E →遵循的方程,。

1．何谓多模光纤？何谓单模光纤？
2．何谓光纤数值孔径NA，讨论NA有什么物理意义？
3．均匀光纤芯与包层的折射率分别为：n1=1.51，n2=1.40，试计算：
(a) 光纤芯与包层的相对折射率差Δ
(b) 光纤的数值孔径NA和孔径角。

(c）在10km长的光纤上，子午光线的光程差所引起的最大时延差Δτmax为多少。

4．光纤的相对折射率差的精确值
22
12
2
1
2
n n
n
-
∆=，其近似值为'12
1
n n
n
-
∆=。

若光纤的n1=1.49，
n2=1.48，试计算：
（a）精确值∆
（b）近似值'∆
（c）∆与'∆之间的绝对误差和相对误差。

1．光纤的折射率分布公式为 _ ，公式中的g 为 _ 。

2．在光纤传输的波动理论中，纤芯中的横向传播常数u=_____ ______，包层中的横向传播常数w=_______ __，归一化频率V 与u 和w 的关系为_____ _____。

3．一阶跃光纤，其纤芯折射率1n =1.52，包层折射率2n =1.49。

试问：
（a ）光纤放置在空气中，光从空气入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？ （b ）光纤浸在水中(0n =1.33)，光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角是多少？
3．证明光纤纵向传输常数β取值范围为 n 2k ≤β≤n 1k
4．在阶跃型光纤中，已知纤芯半径a=4μm ，纤芯折射率1n =1.49，相对折射率差Δ=0.0024，工作波长λ=1.31μm ，并且已求出导波归一化径向相位常数u=1.529。

求：
（1）归一化径向衰减常数w
（2）轴向传输常数β
1. 一阶跃折射率光纤在 1.31µm波长上其归一化频率V=26.6，光纤上标有参
62.5/125，该光纤在1.31µm和1.55µm波长上各支持多少种模式？
2. 已知均匀光纤的n1=1.51，Δ=0.01，工作波长λ0=0.85μm, 当纤芯半径a=25μm，此光纤中传输的导模数是多少？若要实现单模传输，纤芯半径应为多少？
3. 已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.5%，λ0=1.3μm, 若光纤中的导模数量N=2，试问至少纤芯半径为多大？
4. 若要制造一石英纤芯的阶跃多模光纤，其归一化频率V=75, 数值孔径NA=0.30, 工作波长λ=0.85μm, 如果n1=1.45, 试问：
(a) 包层折射率为多少？
(b) 纤芯半径应为多大？
1. 何谓光纤截止波长，其用途如何？
2. 一阶跃光纤当工作波长为λ=1.31μm, 其归一化频率V=50。

计算该光纤的理论截止波长。

n 1.465, 纤芯半径a=4.5μm，归一化3. 一单模光纤，纤芯折射率n1=1.47，包层折射率
2
频率V=2.40。

求该光纤的模场直径。

4. 假设光纤的纤芯折射率n1=1.45, 相对折射率Δ=0.002，试问：
(a) 纤芯半径a=3μm，工作波长在850nm, 此光纤为单模光纤还是多模光纤？
(b) 纤芯半径a=5μm，工作波长在850nm, 此光纤为单模光纤还是多模光纤？
1. 何谓光纤衰减常数，其物理意义是什么？
2. 什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？
3. 某光纤在1300nm处的损耗为0.4dB/km，1300nm波长的半导体激光器的发射
光功率2mW，假设只有10%的光能量进入光纤，试问：这种光信号在光纤中传输
20km后的功率为多少μW？为多少dBm？
4．某光纤通信系统中光源平均发送光功率为-24dBm,光纤线路传输距离为20km，损耗系数为0.5dB/km,
①试求接收端收到的光功率为多少？
②若接收机灵敏度为-40 dBm，试问该信号能否被正常接收？
5. 、已知三次群光纤通信系统中，光纤损耗为1dB/km，线路共有5个平均每个接头损耗为0.2dB，光源入纤功率为－3dB，接收机灵敏度为－56dB,求最大中继距离是多少？（不考虑设备与线路富裕度）
1．己知LD发出的激光，其中心波长λ=1.31μm,谱线宽度Δλ=0.002μm,将其入射到单模光纤内，光纤在1.31μm的材料色散系数是6ps/nm·km,问该单模光纤每公里产生的模内色散带宽是多少？
2．某光纤在1.55μm的材料色散系数是8ps/nm·km,若使用谱宽Δλ=2nm的光源，试问：10km长时该光纤的材料色散时延差是多少？材料色散带宽是多少？
3. 己知阶跃折射率多模光纤长为10km，NA=0.30, n1=1.45, 计算该光纤模间色散带宽。

4. 为什么单模光纤需要定义模场直径这个参量？
5. 一单模光纤，纤芯半径a=4.5μm, 纤芯折射率n1=1.47, 包层折射率n2=1.465, V=2.40, 试求该光纤的模场直径。

1. 利用GaAs 半导体材料做成激光二极管，己知GaAs 的导带和价带的能级10
2.17610g C V E E E J -=-=⨯(焦耳)，试问：
(1) 发出激光之波长是多少？
(2) 用eV （电子伏特）作单位的g E 等于多少？
2. 试证明：带隙g E 用eV （电子伏特）作单位时，g E 与发光波长λ(μm)之间的关间为： 1.242()()
g E eV m λμ=
3. 一个GaAs 激光二极管发出红外光，其波长λ=850nm, 输出光功率P=5mW 。

试问：
(1) 该红外光中单个光子的能量是多少？
(2) 该激光二极管每秒钟发射多少个光子？
4. 己知：（1）Si-PIN 光电二极管，量子效率η=0.7，波长λ=0.85μm ，它的响应度R 为多少？（2）Ge 光电二极管，量子效率η=0.4，波长λ=1.6μm ，它的响应度R 为多少？
5. 一个光电二极管，当λ=1310nm 时，响应度为0.6A/W, 计算其量子效率η。