光纤通信》试题计算分析题练习

资料要自信，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忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第2页（答案在14页）计算、综合、分析题练习1.一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n1=1.5，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m5a，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1.3um和1.55um波长时的响应度，并说明为什么在1.55um处光电二极管比较灵敏。3.已知阶跃型光纤的n1=1.5，△=0.5％，工作波长λ=1.31μm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1.31um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）。《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第3页（答案在14页）5.某SI型光纤，光纤的芯径d=2a为100μm，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，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，材料折射率n=3.0，两端的解理面的反射率为0.35。(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1300nm，其他参数如下：发射光功率为-3dBm，接收机的灵敏度为-38dBm（BER=10-9），系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/个，平均接头损耗为0.05dB/km，光纤损耗为0.4dB/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1.5dB，求两个输出口的输出光功率。9.已知阶跃折射率光纤中n1=1.52，n2=1.49。（1）光纤浸没在水中(n0=1.33)，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》考前练习题之计算、综合、分析题……第4页（答案在14页）光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km，光纤接头损耗为0.1dB/km，光源的入纤功率为-2.5dbm，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2.5ps/(kmnm)，ε光通道功率参数取0.115。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0.1db/km,设备富余度为5.5db。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n1=1.5,n2=1.45,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133°投射到平板玻璃表面上，这里的1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11.48n及21.46n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为多少？14.已知阶跃光纤纤芯的折射率为11.5n，相对折射（指数）差0.01，纤芯半径25am，若01m，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0.20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?《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第5页（答案在14页）16.用纤芯折射率为11.5n，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率08fMHz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11.5n，01.31m，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5am，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1/2012rnrna求光纤的本地数值孔径。19.某光纤在1300nm处的损耗为0.6/dBkm，在1550nm波长处的损耗为0.3/dBkm。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的150W的光信号和1550nm波长的100W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为单位。20.一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5/dBkm。试回答：（1）如果在接收端保持0.3W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/dBkm，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11.49n，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《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第6页（答案在14页）光纤带宽。23.计算一个波长为1m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，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/IWcm。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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和1.55m波长时的响应度，说明为什么在1.55m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%im，而另外30路信号的每一个信道的调制指数4%im，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2.3%；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0.5dB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0.6A/W，B=5GHz，ID=10nA，Req=50Ω,Ft=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4.4%，若135/RINdBHz，PIN光电二极管接收机的响应度为0.6/AW，5BGHz，10DInA，50eqR，3tFdB。（1）若接收光功率为10dBm，试求这个链路的载噪比；《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第7页（答案在14页）（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0.1dB/km，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，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/（km.nm），光源光谱宽度为1.8nm。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0.1dB/km，设备富于度为5.5dB。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/(nm.km)，损耗为0.2dB/km。（2）发射机用1551nm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。《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第8页（答案在14页）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3.5dBm/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1.5dBm/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6dB，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60km，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=1.51，n2＝1.49，纤芯半径a＝4μm，工作波长λ＝1.31μm。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0.35dB/km，光发射机的平均发送光功率为《光纤通信》考前练习题之计算、综合、分析题……第9页（答案在14页）-1dBm，全程光纤平均接头损耗为0.05dB/km。设计要求系统富裕度为6dB，无中继传输距离为70km。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－10dBm，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=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37.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？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It50mA，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0.4dB/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？39.一无备用系统的光缆