《光纤通信》计算、综合、分析练习题

《光纤通信》计算、综合、分析练习题

光纤通信》计算、综合、分析练习题

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 a 5 m ，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 =1.31µ

m 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θ c。(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) 。

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300 m ，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0.5 dB / 个，平均接头损耗为0.05 dB/km ，光纤损耗为0.4

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

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/(km nm) ，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n1 1.48及n2 1.46 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n 1.00 ，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n1 1.5 ，相对折射（指数）差

0.01 ，纤芯半径 a 25 m ，若0 1 m ，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?

16. ⽤纤芯折射率为n1 1.5，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复

频率f0 8MHz 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n1 1.5 ，0 1.31 m，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 a 5 m ，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

1/2

r

n r n 0 1 2

a

求光纤的本地数值孔径。

19. 某光纤在1300nm 处的损耗为0.6dB / km ，在1550nm 波长处

的损耗为0.3dB / km。假设下⾯两种光信号同时进⼊光纤：

1300nm波长的150 W 的光信号和1550nm 波长的100 W 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 1.5dB /km 。试回答：（ 1 ）如果在接收端保持0.3 W 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 2.5dB / 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n1 1.49 ，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