光纤通信典型计算题
光纤例题
第一章例1:设每路声音信道的带宽为4kHz，假设系统带宽是载波的1%，请问载波波长λ为1.06μm的光能运多少声音信道？解：载波波长λ=1.06μm载波频率f0=c/ λ=3×108m/s/1.06μm=2.83×1014Hz,系统带宽B= 1%f0=2.83×1012Hz，每路声音信道的带宽B1=4kHz，声音信道数N=B/B1 =2.83×1012/4×103 =7×108路（7百兆路，7亿）例2：假定地球上有1010个家庭(亿108 100亿) ，每个家庭有一部电话，如果使用频分复用，在一条线路上同时发送这些电话信号，请问要求的最小带宽B1是多少?若用Fiber传输，一个光波（0.8、1.3、1.5）可以携带这个复用的信号吗?解：最小带宽B1= 1010×4×103=4×1013HZ(1)若用λ=0.8μm的光纤传输其频率f0=c/ λ=（3×108m/s）/0.8μm=3.75×1014Hz因f0=3.75×1014Hz大于B= 4×1013HZ，所以用一个0.8μm的光波可以携带这个复用的信号。
（2）若用λ=1.3μm的光纤传输其频率f0=c/ λ=（3×108m/s）/1.3μm=2.3×1014Hz因f0=2.3×1014Hz大于B= 4×1013HZ，所以用一个1.3μm的光波也可以携带这个复用的信号。
（3）若用λ=1.5μm的光纤传输其频率f0=c/ λ=（3×108m/s）/1.5μm=2.0×1014Hz因f0=2.0×1014Hz大于B= 4×1013HZ，所以用一个1.5μm的光波也可以携带这个复用的信号。
计算题：补1：假定数字系统的数字速率是载波频率的1%，分别计算载波频率为10kHz、1MHz、100 MHz、10GHz和波长为1.0μm时的比特速率？（参考答案：100b/s、104b/s、1Mb/s、108b/s、3×1012b/s）第二章例2-1 波长为1300nm的光在石英玻璃SiO2中（n=1.45）传播时，求入射到空气界面发生全反射时的临界角θc。
光纤通信(题和答案)
一、填空1. 光纤是由中心的 纤芯 和外围的 包层 同轴组成的圆柱形细丝;为实现光能量在光纤中的传输，要求中心的 的折射率 稍高于 外围的 包层 的折射率.2. 渐变型光纤的 自聚焦效应 说明不同入射角的光线，虽然经历的路程不同，但最终都会聚在 一点上。
3. 单模光纤传输的条件为 v=（2πa/λ）405.22122<=-n n 。
4. 由于 色散 的存在，使得在光纤中传输的光纤信号,无论是模拟信号还是数字信号的幅度都要减小；光纤的 损耗 决定了系统的 传输距离 。
（色散限制了带宽)5. 通信网由 SDH 传送网 、 WDM 光网络 、光接入网 组成。
6. PON 即 无源光网络 分多址（TDMA) 波分多址（WDMA) （AON 有源光网络）7. 接入网由 业务节点接口（SNI) 和 用户网络接口(UNI ） 之间的一系列传送实体组成，为供给电信业务而提供所需的传送承载能力，可经由网络管理接口 3Q 配置和管理。
8. 在SDH 中，将低速的支路信号复接为高速信号,需经过 传输媒质层网络 、通道层网络 、 电路层网络 。
9.DWDM系统可分为双纤单向传输 WDM系统和单纤双向传输 WDM系统。
光与物质互相作用时有三种基本过程：受激吸收/自发辐射/受激辐射二、选择题1.1970年,光纤研制取得了重大突破,美国康宁公司成功研制了损耗为（ A )的石英光纤，从而展现了光纤通信美好的前景。
A）20 dB/km B）1000 dB/km C） 2.5 dB/km D）4 dB/km2.光纤中传送的电磁场模式为 DA)TM波 B）EM波 C) TEM波 D） TM、EM及其混合波3.影响多模光纤中的色散主要是 C>A>BA）材料色散 B）波导色散 C）模式色散 D)色度色散4.下列哪项不属于光无源器件：DA）连接器 B）光耦合器 C)光隔离器 D）光检测器5.下列不属于数字光发射机调制特性的是 DA）电光延迟 B）弛张振荡 C)自脉动现象 D)暗电流噪声6.平均故障间隔时间常用下列哪项表示 BA）MTTR B)MTBF C）MFRB D)MRTT7.EDFA工作的窗口是 BA）1310 nm B）1550nm C）980nm D）1480nm8.下列哪项不属于我国在传输参考模型中提出的参考数字DA)420 km B）5000km C)280km D)6400km （美国）9.二纤单向复用段倒换环利用下列甚磨协议实现倒换环功能（A）A）APS B）AIS C)AC D）SOA10.STM-1是SDH的同步传输模块，传输速率是AA）155.520 Mb/s B）2.048 Mb/s C）1.544 Mb/s D）622.080 Mb/s三、判断正确与错误1.1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器(T )2.NA越大，则光纤中的信息传输量越大。
光纤通信简明教程习题及题解
光纤通信简明教程习题及题解《光纤通信简明教程》习题及题解1-1 光程差计算波长为1.55 μm 的两束光沿z 方向传输，从A 点移动到B 点经历的路径不同，其光程差为20 μm ，计算这两束光的相位差。
解：两束光的相位差由式（1.2.8）可知2z φλπΔΔ== 2π×20/1.55 = 25.8 π 弧度2-1 mW 和dBm 换算一个LED 的发射功率是3 mW ，如用dBm 表示是多少？经过20 dB 损耗的光纤传输后还有多少光功率？解：LED 的输出功率用式（B.1）计算为dBm = 10 log P = 10 log 3 ≈ 4.77 dBm或者从附录D 中查表也可以近似得到。
经过20 dB 损耗的光纤传输后，还有4.77 ? 20 = ?15.23 dBm 的光功率。
2-2 光纤衰减注入单模光纤的LD 功率为1 mW ，在光纤输出端光电探测器要求的最小光功率是10 nW ，在1.3 μm 波段工作，光纤衰减系数是0.4 dB/km ，请问无需中继器的最大光纤长度是多少？解：由式（2.3.3）可得3in 9dB out 111010lg 10lg 125 km 0.41010P L P α===????×???? 2-3 材料色散光源波长谱宽λΔ和色散τΔ指的是输出光强最大值一半的宽度，21λΔ称为光源线宽，它是光强与波长关系曲线半最大值一半的宽度，21τΔ是光纤输出信号光强与时间关系曲线半最大值一半的宽度。
已知光纤的材料色散系数为（1.55 μm ）。
11m nm km ps 22??=D 请计算以下2种光源的硅光纤每千米材料色散系数：当光源采用工作波长为1.55 μm 、线宽为100 nm 的LED 时；当光源采用工作波长仍为1.55 μm 、但线宽仅为2 nm 的LD 时。
解：对于LED ，nm 10021=Δλ，由式（2.3.7）可以得到()()()ps 200 2nm 100nm km ps 22km 1111m 21==Δ≈Δ??λτD L ，或者 2.2ns 。
光纤通信必考填空题、计算题及答案知识点
光纤通信必考填空题、计算题及其答案知识点一、填空题1The main constituents of an optical fiber communications link . The key sections are a transmitter consisting of a light source and its associated drive circuitry, a cable offering mechanical and environmental protection to the optical fibers contained inside, and a receiver consisting of a photodector plus amplification and signal-restoring circuitry.光纤通信链路的主要成分。
的关键部分是一个发射机包括一个光源及其相关的驱动电路，一个电缆提供机械和环境保护于光纤内部包含，和一个接收器包括一个光电探测器加放大和信号复原电路。
2Attenuation of a light signal as it propagates along a fiber is an important consideration in the design of an optical communication system, the basic attenuation mechanisms in a fiber are absorption, scattering, and radiative losses of the optical energy.因为它传播沿纤维是在光通信系统的设计中的重要考虑因素的光信号的衰减，在一个光纤中的基本衰减机制是吸收，散射，以及光学能量的辐射损失。
3Intermodal dispersion or modal delay appears only in multimode fibers. This signal-distorting mechanism is a result of each mode having a different value of the group velocity at a single frequency.模间色散或模延迟只出现在多模光纤。
光纤通信--习题解答2(免费)
6.26、掺饵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。
M
N
i e M P hc
7.14 假定一个硅APD工作在0.82um，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的光电流需要光功 率为多大？
i e M P hc
7.14 假定一个InGaAs APD工作在1.55um， 其量子效率为0.7，增益为100，试计算其 响应度。要检测器产生20nA的光电流需要 光功率为多大？激光器向光纤注入0.5mW 的光功率，随后接一个增益为25dB的功率放 大器，紧随其后连接的光纤长度为100km， 损耗是0.25dB/ km，接下来是在线放大器， 能提供足够的增益，可以将信号功率放大到 功率放大器输出端的功率电平，后面的光纤 同第一段光纤完全一样，但长度为150km。 一个前置放大器将信号的功率放大到注入光 纤时的量级（0.5mW）。试问，此前置放大 器的增益是多少？画出此光纤系统中以dBm 为单位的光功率随位置变化图。
7.6 假设光检测器的量子效率为0.9，工作 波长为1.3um，入射光功率为-37dBm，试 计算其输出电流，同时计算负载电阻为50 欧姆，100欧姆，1兆欧姆时的输出电压
i e P hc
7.7 假设光电倍增管有四个倍增电极，每个 增益为4，阴极的量子效率为0.9，按7.6的要 求重新进行计算。
光纤通信试题及答案
光纤通信试题及答案一、单选题（每题2分，共10分）1. 光纤通信中，光纤的传输介质是什么？A. 铜线B. 玻璃纤维C. 塑料D. 无线电波答案：B2. 下列哪个是光纤通信的优点？A. 传输距离短B. 抗干扰能力差C. 传输容量大D. 传输速度慢答案：C3. 光纤通信中，光信号的调制方式不包括以下哪一项？A. 调幅B. 调频C. 调相D. 调时答案：D4. 在光纤通信中，下列哪种光纤损耗最小？A. 多模光纤B. 单模光纤C. 塑料光纤D. 石英光纤答案：B5. 光纤通信系统中，光信号的接收设备是什么？A. 调制解调器B. 光端机C. 路由器D. 交换机答案：B二、多选题（每题3分，共15分）1. 光纤通信中，下列哪些因素会影响光纤的传输性能？A. 光纤的折射率B. 光纤的直径C. 光纤的弯曲度D. 光纤的材质答案：A, B, C, D2. 下列哪些是光纤通信系统的主要组成部分？A. 光纤B. 光端机C. 路由器D. 光放大器答案：A, B, D3. 光纤通信中，下列哪些是光信号的调制方式？A. 调幅B. 调频C. 调相D. 调时答案：A, B, C4. 在光纤通信中，下列哪些是光纤的类型？A. 单模光纤B. 多模光纤C. 塑料光纤D. 石英光纤答案：A, B, C5. 光纤通信中，下列哪些是光信号的传输特性？A. 高频带宽B. 低损耗C. 抗电磁干扰D. 传输距离远答案：A, B, C, D三、判断题（每题1分，共10分）1. 光纤通信的传输介质是铜线。
（错）2. 光纤通信的传输容量比传统的铜线通信大。
（对）3. 光纤通信中，光信号的调制方式包括调时。
（错）4. 单模光纤的损耗比多模光纤大。
（错）5. 光纤通信系统中，光信号的接收设备是调制解调器。
（错）6. 光纤的折射率不会影响光纤的传输性能。
（错）7. 光纤通信系统的主要组成部分包括光纤和光端机。
（对）8. 光纤通信中，光信号的调制方式只有调幅。
光纤通信复习资料必看3
光纤通信延长中继距离入纤功率灵敏度五、计算题1．弱导波阶跃型光纤芯子和包层的折射指数分别为n1=1.5, n2=1.48, 试计算：光纤的数值孔径。
2．上题中，若纤芯半径a=6μm, λ0=1μm, 试计算光纤中传输的模数量。
3．阶跃型光纤，若n1=1.5, λ0=1μm, 若Δ=0.018，当保证单模传输时，光纤芯径取多大？4.已知阶跃光纤的n1=1.62，n2=1.52, 试计算：（1）相对折射率Δ（2）数值孔径5.已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.01，芯子半径a=10μm，波长λ0=1.5μm, 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6. 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？7. 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？8．已知光功率为2.4mw，光波频率为1015Hz,求单位时间传播的光子数。
9．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？10．有622Mbit/s速率的单模光缆传输系统，应用InGaAs-LD，其It<50mA，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≥20dB。
采用的光缆其固有损耗为0.3dB/km, 接头损耗为0.1dB/km，光连接器衰减为1dB，光纤色散系数≤2.0ps/nm·km, 光纤富余度为0.1dB/km。
若考虑1dB色散代价（ε取0.115），5dB 设备富余度，试计算在系统设计时，最大中继距离为多少？11、若一个2.5Gbit/s单模光缆通信系统，其系统总体要求如下：系统中采用的激光器为单纵摸激光器，其阈值电流小于50mA，激光器工作于1550nm.光脉冲谱线宽度Δλmax≤1.8nm。
光纤通信计算题
0.3lg2W W lg 1010)(lg 1010)(lg 10)(D 40101.0lg 101.010)(lg 10)(S 4min 3min 33min 3min ==-=-==⇒==----注：）（）（动态范围：如：灵密度：、灵密度和动态范围p p W p W p dBm dBm S vW P W P dBm man manr rGHz GHz B c 49.0)109.0411(4110.9ns ns 1038 1.71%1.4871058LN 5Km 1.71%1.487N )2(382321GI 1=⨯=∆==⨯⨯⨯⨯⨯=∆=∆=∆=ττ））（（解：？，求展宽了多少和带宽一个光脉冲传输了的多模渐变型光纤，，、对于km km km nm km km nm M L A A M P A A P P m dB km dB dBm c f S f E d CR CT R T 16.85)76(..........95)06.005.02.0314.02)2.31(3(L 505164)06.005.035.0314.02)2.31(3(L 0131/L )0.2dB/km (1550nm )0.35dB/km (1310n 30.4dB 3dB 0.06dB/km ,/0.05,31.2-4-ST M )1(3-=++--⨯---==++--⨯---=++-----=光纤通信系统对于光纤通信系统对于可得解：由公式：的中继距离？为衰减系数和衰减系数为作波长为，求工，平均发光功率为，活动连接器为度为，设备富余线路富余度为接头损耗为灵敏度为光纤通信系统，接收机、一个、中断距离的计算：MHz GHz B ns ns n NA c L c NA n d P L P L p e p L p p dzL 04.11004.1108.4234114118.423)487.12103275.0105(2)()(L 5Km 487.1,275.0NA )1(2)0()(lg 10L L P )0()0()(dp 133823122GI 1=⨯=⨯=∆==⨯⨯⨯⨯⨯==∆=∆==-==⇒-=--ττααα解：？，求展宽了多少和带宽一个光脉冲传输了的多模阶跃光纤，对于、、色散计算：衰减系数：处光功率）为（为输入端光功率，，衰减规律：、衰减的计算：km )34.93(4.15L 16km )35.373(5.61L 4)km 246(1493.4L 1103154.0L 16,4,1km 3.5ps/nm D 1310nm ,nm )388.0(2.3554-MLM )2(3max 6max 3dB =-=-=-∆⨯=---∙=∆系统系统系统得解：由离。
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计算题
1．一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n=1.5,相对折射率差Δ=0.01，光纤长L=1km ，纤芯半径a=25μm 。
LP 01，LP 02模的归一化截止频率分别为0和3.832。
求：（1）光纤的数值孔径；
（2）子午光线的最大时延差；
（3）若入射光波长λ=0.85μm ，问该光纤能否实现单模传输，若不能，则光纤中传输的模式数量为多少？a 为多少时，该光纤可以实现单模传输。
（4）若该光纤分别与面发光二极管，半导体激光器（︒=︒=⊥30,10//θθ）耦合，求直接耦合效率。
（5）计算LP 01，LP 02模的截止波长。
解：（1）212.001.025.121=⨯=∆=n NA
（2）km s c n /10510
301.05.1851-⨯=⨯⨯=∆≈∆τ （3）405.22.391085.001.025.1102514.3222661〉=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆
=--λ
πan V 不能实现单模传输 7682.392
12122=⨯==
V M 要实现单模传输须 m a an μλπ53.102
.05.114.3285
.0405.2405.2221=⨯⨯⨯〈〈∆
则 （4）与面发光二极管的耦合效率%5.4)(2==NA η
与激光器的耦合效率%31120
)(//
2==⊥θθηNA （5）LP 01模的截止波长∞=∆=22101
01a n V LP c LP c πλ LP 02模的截止波长∆=2210202a n V LP c LP πλ
因为V c 02LP =3.832
m LP c μλ69.801.02832
.35.1102514.32602=⨯⨯⨯⨯⨯=- 2.某阶跃折射率光纤，其芯区折射率n 1=1.46，芯半径a=4.5μm ，相对折射率差Δ=0.25%。
计算其截止波长c λ并判断当工作波长分别为1.31μm 和0.85μm 时该光纤是单模还是多模工作？ 解：阶跃折射率光纤归一化截止频率V c =2.405，由2
1
1
)2(2∆=λπan V 得
其截止波长()m V an c c μπλ21.1%)25.02(405.246.15.414.322221
211=⨯⨯⨯⨯=∆= 光纤是否单模工作，要由归一化频率同工作波长来决定。
同一根光纤，工作波长较短时，可能是多模工作。
当工作波长增长到一下范围时，可能变成单模光纤。
当c λλ〉时光纤变成单模工作，因此，在光纤通信最常用的1.31μm 波长上，它是单模工作，若令其传输短波长0.85μm ，c λλ〈，会失去单模特征。
3．工作波长λ=1.31μm ，折射率分布各向异性，使得4104-⨯=-x y n n ，试求该单模光纤因偏振色散引起的每公里脉冲展宽值为多少？其拍长为多少？
解：（1）脉冲展宽
()km ns n n c x y p /33.110410
31
145=⨯⨯⨯=-=∆-τ （2）拍长 mm m n n L x y x y b 275.3327510431.124==⨯=-=-=
-μλββπ 4．一半导体激光器谐振腔长L=300μm ，工作物质损耗系数i α=2mm -1，谐振腔前后镜面反射系数33.09.021⨯=⨯r r ，光场的约束因子Γ为1，求激光器的阈值增益系数g th ；若后镜面镀高反射膜r 2=1，求g th ，当r 2由0.33增到1时，激光器的阈值电流如何变化？
解：根据：()2
12121ln 211r r L g r r e i th L g i th ⨯+=Γ⇒=-Γαα mm g th /02.433
.09.01ln 101030021236=⨯⨯⨯⨯+=- 当r 2=1时，mm g th /17.21
9.01ln 101030021236=⨯⨯⨯⨯+=- g th 变小，故阈值电流下降。
5．试用功率预算法作损耗限制系统计算。
已知：工作波长为0.85?m ，传输码率20Mb/s ，BER=910-，
选用Si PIN -接收机，其接收灵敏度dBm 42-；选用LED 作光源，耦合入多模光纤功率dBm 13-，设发送机和接收机各有一个活动连接器，每个损耗1dB ，光纤损耗（包括熔接头损耗）为3.5dB/km ，系统富余度为6 dB ，试计算系统传输距离L ？（7分）
解：由系统功率预算建立方程：
M L P P F c T ++=-αα2
得传输距离L km M
P P F c T 62=---=αα
6．已知输入光脉冲及输出光脉冲的FWHM 分别为6ns 和10ns ，光纤长度为50km 。
（1）求该光纤的带宽。
（2）若用这种光纤只传输30km ，带宽可增大多少？（光纤的带宽距离指数?=0.75）
（3）若该光纤的损耗系数为-0.5dB/km ，最初射入光纤的光功率为0.5mw ，问传输50km 之后，以μw 为单位的功率电平为多少？
解：（1）CL f (带宽))(055.061044.044
.02222
GHz T R =-=-=ττ
（2）0f （带宽一距离积）)(03.150055.075.0km GHz L f CL •=⨯=⨯=γ
)(08.03003.1/75
.0202GHz L f f CL ===γ )(025.0055.008.02GHz f f f CL CL CL =-=-=∆
（3）因为损耗系数in
out F P P L lg 10=α 5
0lg 50105.0.P out =- W P out μ58.1≈ 7．某APD 光电检测器，工作波长为1.31μm ，量子效率为0.8，平均倍增增益G 为30。
当每秒有1012个光子入射时，计算其响应度及接收到的光功率？
解： 3.2510310626.6301031.1106.18.08346190=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯===---hf e
G GR R APD η 入射光子数hf P M 0= 8
34601210310626.6103.110⨯⨯⨯⨯⨯=--P 所以 P 0=152nW。