上海大学理学院物理系光通信技术习题(含答案)..

光纤通信

第一章

1.3 将两根1km长的光纤连接在一起。假设每根光纤的损耗为5dB, 连接损耗为1dB。如果输入功率是2mW，计算由这两根光纤构成的传输线的输出功率。

1.4 一台接收机需要10mW的输入光功率。如果将系统的总损耗增加到50dB，试问光源需要发送的功率是多少？

10个。试计算检1.14 假设有波长为0.8um的光束入射到光检测器上，每秒入射光子数为10

测器上的入射光功率。如果此光检测器将光转换成电流的效率是0.65mA/mW，试问产生的电流是多大？

1.23 为了正常工作，光接收机需要-34dBm的功率。假设从接收机到光源的系统总损耗为31dB。试问光源的发送功率（以mW为单位）需要多大？

1.27 -60dBm和60dBm的差值（以W表示）是多少？（注意在这种情况下，有无正负号是很关键的。）

1.28 考虑一个系统，连接器损耗为5dB，光纤损耗为25dB，耦合损耗（光源到光纤）是15dB，系统中有一个增益为10dB的放大器。试计算系统的总损耗（以dB为单位）。

第二章

2.5 用焦距为20mm 、直径为10mm 的透镜聚焦一束均匀的准直光束，假设波长为0.8um 。试计算聚焦光斑的尺寸。

2.8 假设高斯光束的波长为0.8um ，光斑尺寸为1mm ，计算其发散角。如果用这束光对着月球，则在月球表面的光斑尺寸为多大？（地球和月球之间的距离为8

108.3 m 。）在距离为1km 和10km 处，光斑尺寸又为多大？

2.9 一根6000km的海底玻璃光纤电话线路穿越大西洋，连接美国和法国。（a）通过这条线路传送信息需要多长时间？（b）通过卫星线路，将信息从美国传到法国需要多长时间？卫星在美国和法国之间的地面上空22000英里处。（c）如果两个人通过这两根不同的线路通话时，会感觉到传输时延吗？

2.11 假设一束光入射到两种电介质的分界面上，如图2.1所示。两种电介质的折射率分别为

46.11 n 和2n =1.48.当入射角在00到090之间变化时，画出透射角随入射角变化的曲线。

2.12 假设一束光入射到两个电介质的分界面上，如图2.1所示。这两种电介质的折射率分别为48.11=n 和46.12=n 。当入射角在0

0到0

90之间变化时，画出透射角随入射角变化的曲线。（注意，当入射角接近0

6.80时，会发生不寻常的现象。）

2.15 假设高斯光束的光斑尺寸为 ，试推导此光束的半功率点半径表达式。（所谓半功率点是指功率下降到最大值一半的位置。）

第三章

85的入射角从折射率为1.48的介质射入到折射率为1.465的介质，3.13 一束平行偏振光以0

假设光波长为1300nm。（a）计算反射系数；（b）在传输介质中，离边界多远时，消逝电场衰减到在边缘时的10%？

3.18 试计算波长比零色散波长（假设是1300nm）低10nm时光纤的材料色散。

3.20 假设由材料色散引起的最大可接受脉冲展宽是3ps/km，光源谱宽是2nm。试问，工作波长最多可离零色散波长多远？

第四章

4.5 设48.11=n ，46.132==n n ，工作波长为0.82um 。计算出0TE 模，1TE 模，2TE 模和3TE 模截止时的中心薄膜厚度。画出每种模式截止时的横模分布图。

4.9 有一个放在空气中的对称电介质平板波导，46.1,48.121==n n 。画出θ（中心薄膜中的角度）等于0

75时包层模的光传输路径。当θ等于什么值时，不再存在包层膜?

4.13 有一个对称平板波导，48.11=n （中心薄膜），46.12=n （敷层和衬底材料），工作波长为1300nm 。

（a ）当0TE 模对应的光线角度为0

85时，计算中心薄膜厚度。 （b ）当2TE 模对应的光线角度为0

85时，计算中心薄膜厚度。

4.20 有一个对称平板波导，46

5.11=n ，4

6.12=n 。计算单位长度上的多模脉冲展宽。如果这是波导中惟一的脉冲展宽机制（或至少是最主要的），试计算单位长度的脉冲展宽值、3-dB 光带宽-距离积、归零码和非归零码的速率-距离积。在1550nm 处，模式脉冲展宽与材料脉冲展宽哪一个更大些？

第五章

5.10 假设某一SI 光纤工作波长为0.82um ，5.11=n ，485.12=n 。如果纤芯半径为50um ，则允许传播的模式有多少个？当工作波长变为1.2um 时，又可以传播多少个模式？

5.12 对于一个抛物线型折射率分布光纤，画出（0,0）（1,0）（2,0）模式的横向场分布图。其中a=25um ，波长为82.0=λum ，4

6.1,48.121==n n 。要求在同一张图上画出上述三种模式的场分布图。

5.16 一根SI 光纤只有在波长大于 1.4um 时才工作在单模状态。其中，465.11=n ，

46.12=n 。试计算其纤芯半径，并分别求出在0.8um ，0.85um 和0.9um 波长处的传播模式

个数。（提示：参考模式图）

5.23 对于某一SI 光纤，其归一化频率为2.2,纤芯直径为10um 。画出其横平面内的光强度分布图，并计算在多大半径距离上场强降到峰值的10%。

5.25 某一光纤的NA=0.2588.某一光源在全锥角0

60范围内，可以耦合其发射光能量的75%；在全锥角为0

30时可以耦合其发射光能量的50%；在全锥角为0

15时只能耦合其发射光能量的25%。试求此光源与上述光纤之间的耦合效率。

5.30 假设某一单锋SI 光纤的截止波长为1250nm ，工作波长为1550nm ，纤芯折射率为

465.11 n ，相对折射率差为0.0034.计算此光纤的纤芯半径，同时计算在工作波长上的光

斑尺寸。