光纤通信新增计算题

《光纤通信》试题公布

新增加的计算题

张延锋

2013/12/10

第一章计算题

1、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是1.48和1.46，则其临界传播角为。

解：==

2、光接收机的灵敏度是指在满足给定误码率或信噪比条件下，接

收机接受微弱信号的能力，工程上常用最低平均光功率来描述，现若有最低平均光功率为10mW，则其灵敏度为。解：该处必须注意单位的单位是dBm，的单位是mW，计算时要注意单位以免出错，依据公式

3、光接收机的动态范围D是指在保证系统误码率指标要求下，接收

机的最低光功率和最大允许光功率之比，现知和分别是10W和100W，则其动态范围D为。

解：，注意单位！

4、一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：,

,现仅考虑模式色散，则：

（1）每1km长度的脉冲宽度。

（2）假设输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽相比可以忽略不计，在以上情况下计算可传输光脉冲的最大比特率。

解：（1）光纤长度单位和光速单位分别是km和km/s，则

(2)输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽相比可以忽略不计，则最大比特率为

5、已知语音信道的带宽为3.4KHz，则接收机信噪比是S/N=30dB的信道容量是。

解：

第二章计算题

1、一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：,

,求：

（1）其临界入射角；

（2）其临界传播角；

（3）其数值孔径NA；

（4）其最大接收角；

（5）是否能得知相对折射率差的大小相对折射率差和光纤与光源

之间的耦合效率有何关系实际光纤对有什么要求

解：（1）临界入射角。（2）==。

（3）

(4)

(5)数值孔径NA在实际计算时还有另外的计算公式为：

则：。

一般而言，相对折射率差大一些，光纤与光源之间的耦合效率就高一些，但是要过大的话，色散影响就越严重，实际光纤总有。

2、已知某光纤参数如下：,,纤芯折射率为

。试问：

（1）此光纤能否传输波长的和模说明理由。（2）如要使和模能够传输，光波长应做怎样的调整

解：（1）由方程可得：

，

而和模的归一化截止频率，显然，故不能传输波长为的和模。

（2）对于和模，其截止波长为

即入射光波长应小于时，才能传播。

3、已知某光纤参数如下：,,纤芯折射率为

。若干模的截止频率和若干模的截止频率如表1和表2。试问：

（1）当光波长分别为，，时，光纤中能传输哪些导波模

（2）从（1）中能看出波长与归一化频率、可传输的模式数量有何关系可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是

（3）归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例，对于上例光波长为而言，若假设总功率为1000dBm，

则包层传输的功率为多少

表1 若干模的截止频率

模式

截止频率

表2 若干模的截止频率

模式

截止频率

解：（1）我们先求出上述波长对应的归一化频率V，然后将它们与前述各种模式归一化截止频率相比较，凡是满足条件的模式都可以在光纤中传输。

因为，所以有：

当时，

，

此时光纤中只能传输导波模。

当时，

，

此时光纤中只能传输导波模。

当时，

，

此时光纤中只能传输导波模。故光纤中能传输的导波模有。（2）从（1）中可以看出，波长越短，归一化频率越高，可传输的模式数量就越多，可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是

(3) 归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例,即，对于光波长为而言，，总功率为1000dBm，则包层传输的功率为

4、已知某阶跃光纤参数如下：，纤芯折射率为，

光波长，则单模传输时光纤具有的纤芯半径。解：注意填写时加单位。

第三章计算题

1、对于单纵模激光器，定义边模抑制比MSR为主模功率与次边

摸功率之比，它是半导体激光器频谱纯度的一种度量，若

，，则MSR为。

解：

第四章计算题

1、光检测器的响应度R表明了光检测器将光信号转化成电信号的

效率，现知光检测器的光电流，其入射光功率为

，则响应度R的大小为。解：依定义，注意填写单位。

第五章计算题

1、当光放大器的增益比较大时，自发辐射因子,则其噪声系数

的大小为。

解：当光放大器的增益比较大时，噪声系数。

第六章计算题

1、某LAN光纤链路工作波长，链路长度，最大比特率为16Mb/s，采用线宽为20nm的LED光源，光设备的上升时间为8ns，10/100Mb/s LAN最大光缆长度如表1，用MMF（多模光纤）62.5/125的光纤。

表1 10/100Mb/s LAN最大光缆长度

50

500

求：

(1) 系统要求的上升时间。

(2) 模式色散引起的脉冲展宽，即光线模式上升时间。

(3) 色度色散引起的脉冲展宽。

(4) 求系统实际上升时间。

(5) 可以达到指定的比特率吗

(6) 如果光纤的带宽不能满足要求，你认为该如何解决

注：色度色散计算公式和。解：（1）带宽与比特率的关系，从而得：

（2）由表可知，62.5/125光纤工作于850nm时的带宽距离积为160MHz·km，由于链路长度是2000m，故模式带宽（光电宽）为

，

转换成电带宽

则

（3）由色度色散计算公式和，可得

,故有

(4)有以上得