光纤通信习题---张庆堂

2.1纤芯直径50um折射率1.45折射差0.02色散10ns/km,求数值孔径及10km时最大允许比特率2.5折射率差为5x10^-3，截止波长为1um,求光纤模斑尺和模功率百分比2.9）1.3um系统，光纤路长50km损耗0.5dB/km，求布里渊散射阙值功率波长变为1.55um损耗为0.2dB/km，求阙值变化2.10）光纤长40kmA=40um2波长为1.55umα=0.2dB/kmn2=3.2x10^-20多大输出功率使非线性相移180度3.1)证明LED的3dB电带宽间的关系2222222331()11()111()11(2)3()11/2=1+(2())3()2ccccdBocdBocHiHHfdBHff光带宽：降为最大值的一半2233333()11/2=1+(2())1()2()3()dBocdBecdBedBodBHffff电带宽：降为最大值的一半3.2）试决定制造工作1.3um和1.55um波长半导体激光器的四元化合物的结构组成3.3）1.3umInGaAsP激光器有源区厚0.1um，宽1um长250umn1=3.5n2=3.2求激光器波导基膜的限制因子和模折射率3.4）上题光腔损耗30cm-1，求激光器有源区提供的增益3.6）1.3um半导体激光器，其n1=3.5,n2=3.2求有源区最大允许厚度，如要求在1.55um波长工作，有源区厚度应为多大3.7）1.3um激光器，n1=3.5,n2=3.2有源区厚0.3um，宽1um计算模斑尺寸技远场角宽3.10）一只长250um的单模激光器，其内耗为40cm-1，模折射率为3.3，群折射率为3.4，求光子的寿命。GN=6X10^3，N0=1x10^8，求阙值Nth群速vg=c/ng=3*108/3.4=0.88*108m/s………………………………………………..(3分)介质端面的反射率：2121()0.2861nRRn……………………………………..(3分)光腔损耗：int1211ln()902cgLRR………………………………………..(3分)光子寿命：821113101/(9010)1.26103.4pgcvss…………..……..(3分)粒子数阈值：880312111102.32106101.2610thNpNNg…..(3分)3.11)上题载流子寿命为2ns，求阙值电流，激光工作电流超过两倍阙值电流时，试求从激光器一个端面的发射功率4.7)要求SNR≥20dB，试求受散粒噪声和热噪声限制时的最小接收功率及噪声等效功率（NEP)19719715SNR=202100210021.6102101.520.4221=/2/21.6102100.423.410/ininininRPdBqfqfPnWRqfSNRPRNEPPfqfRfWHz散粒噪声限制：当时，221120410410102.5746130.4214/1.3710/inncinnTcinncRPdBkTFfRkTPFfnWRRRkTNEPPfFWHzRR热噪声限制：SNR=4.9)1.3um数字PIN光接收机，工作于1Gb/s,有效噪声带宽60MHZ，量子效率90%，负载电阻R=100殴，放大器噪声指数为3dB，试求对应于BER=10^-9的接收机灵敏度若BER=10^-12，接收机灵敏度发生多大变化237rr90%1.30.94/1.241.24T=300K(4/)(41.3810300/100)100.36101416141P9000.947141P10500.94TLnTTRAWkTRFfnAQnWRQnWR-9PIN-12PIN设时，当BER=10时，Q=6()当BER=10时，Q=7()光放大器的洛伦兹增益分布的半高全宽为1THz，计算增益为20dB和30dB时放大器的带宽5.1A0()exp[()]lnln2()ln2ln2()lnln2ggGgLgLGgLG光放大器的增益：放大器带宽：12A12A0.693G=20dB=1104.6050.693=0.177THz0.693G=30dB=1106.9080.693=0.112THz若，则（）若，则（）一光放大器能将1uW放大到1mW，当1mW信号输入至同一放大器时，输出功率有多大？假定小信号增益的饱和功率为10mW5.2•放大器增益：G0=Pout/Pin=1mW/1W=10301exp()outsPGGGGP333333110exp()110exp()10exp()11010exp()1010outsinsinsPGGGPGPGGPGPPGGoutinPGP1GmW5.3•噪声指数Fn：()()innoutSNRFSNR22()2pininIPSNRh22()4pinoutspIGPSNRSf()(1)spspSGnh其中：1222nspspGFnnG试导出光放大器噪声指数表达式，并证明即使对理想光放大器，被放大信号信噪比SNR也要下降3dB5.4•已知：L=250m，R1=R2=32%，GFP=30dB，ng=412max212(1)(1)(1)ssRRGGRRG（7.2.4）121211GsFPssRRGGGTWARRGmax当时，，相应于当时，,开始发射激光把值带入（7.2.4），得：2s2sG1000=G（1-0.32）（1-0.32）s12sG=2.713.69RRG，（舍，因此时1）1211/21212sin[](4)sLAsRRGRRG816231010.322.71sin[]242501020.322.7196.810Hz1221/2121sin[]2(4)sALsRRGRRG212122121212212121210141004110.214ssssssssRRGRRGRRGRRGRRGRRGRRGRRG（）（）（）120.21sRRG因12121%0.012.710.0271sRRRRG而当时，0.2此时为行波放大器，不是FP放大器，其带宽由腔的谐振决定，而不是由增益谱决定。假定R1=2R2，为保证半导体激光放大器运用于行波状态，并提供20dB的增益，端面反射率应为多大5.5•如果G超过3dB，放大器带宽则由腔的谐振决定，而不是由增益谱决定。为保持G2，腔面反射率必须满足：••R0.0012,max122,min121[]1FPFPGGRRGGGRR120.17GRR221000.17R