光纤通信》试题计算分析题练习

要自信，绝对的自信，无条件的自信，时刻自信，即使在错的时候！！！《光纤通信》计算、综合、分析练习公布精选精炼+课后精讲（QQ 在线讲解）张延锋 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n 1=，相对折射率差%1=∆，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m 5a μ=，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) 计算在和波长时的响应度，并说明为什么在处光电二极管比较灵敏。

3.已知阶跃型光纤的n 1=，△=％，工作波长λ=μm 光纤中的导模M=2求： (1) 光纤的数值孔径NA 。

(2分) (2) 全反射临界角θc 。

(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－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) 设在波段接收功率是10－7W ，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λc （超过此波长光电二极管将不工作）。

忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！5. 某SI 型光纤，光纤的芯径d=2a 为100μm ，折射率n1=，包层的折射率n2=，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm 。

（1）计算该光纤的V 参数；（2）估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300m μ，材料折射率n=，两端的解理面的反射率为。

(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λ=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 dB /个，平均接头损耗为 dB/km ，光纤损耗为 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，求两个输出口的输出光功率。

9. 已知阶跃折射率光纤中n 1=，n 2=。

（1）光纤浸没在水中(n0=，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km ，光纤接头损耗为km ，光源的入纤功率为，接收机灵敏度为-37dbm ，线路码型5B6B ，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(km nm)，ε光通道功率参数取。

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km,设备富余度为。

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n 1=,n 2=,试计算: (1)纤芯和包层的相对折射指数差Δ； (2)光纤的数值孔径NA 。

12. 光波从空气中以角度1θ=33°投射到平板玻璃表面上，这里的1θ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1 1.48n =及2 1.46n =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 1.00n =，则允许的最大入射角max θ为多少14. 已知阶跃光纤纤芯的折射率为1 1.5n =，相对折射（指数）差0.01∆=，纤芯半径25a m μ=，若01m λμ=，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1550nm 波长上可以支持多少个模16. 用纤芯折射率为1 1.5n =，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率08f MHz =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L 。

17. 有阶跃型光纤，若1 1.5n =，0 1.31m λμ=，那么（1）若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5a m μ=，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0.6/dB km ，在1550nm 波长处的损耗为0.3/dB km 。

假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm 波长的150W μ的光信号和1550nm 波长的100W μ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W μ为单位。

20. 一段12km 长的光纤线路，其损耗为1.5/dB km 。

试回答：（1）如果在接收端保持0.3W μ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2.5/dB 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1 1.49n =，相对折射率差0.01∆=。

（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0.30NA =的多模阶跃折射光纤，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1m λμ=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0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。

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0.5m λμ=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1.3m μ和1.55m μ波长时的响应度，说明为什么在1.55m μ处光电二极管比较灵敏。

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3%i m =，而另外30路信号的每一个信道的调制指数4%i m =，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%；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W ，B=5GHz ，I D =10nA ，R eq =50Ω,F t =3dB 。

试求本系统的载噪比。

29. 假设一个有32个信道的FDM 系统中每个信道的调制指数为%，若135/RIN dB Hz =-，PIN 光电二极管接收机的响应度为0.6/A W ，5B GHz =，10D I nA =，50eq R =Ω，3t F dB =。

（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km ，有5个接头，平均每个接头损耗为，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 ，光纤的色散系数为2ps/（），光源光谱宽度为。

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km ，设备富于度为。

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/，损耗为km 。

（2）发射机用1551nm λ=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）InGaAsPIN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km，光纤接头损耗为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n1=，n2＝，纤芯半径a＝4μm，工作波长λ＝μm。

求：（1）相对折射指数差；（2）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－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=，Δ=，芯子半径a=10μm，波长λ0=μm,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=，Δ=%，λ0=μm,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It<50mA，标称波长为1310nm，光谱宽度为2nm，发送光功率为,接收灵敏度为-38dBm,动态范围≥20dB。