《光纤通信》试题计算分析题练习

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=，包层的折射率 n2=，
It<50mA，标称波长为 1310nm，光谱宽度为 2nm，发送光功率为, 接收灵敏
度为-38dBm, 动态范围≥20dB。采用的光缆其固有损耗为 km, 接头损耗
为 km，光连接器衰减为 1dB，光纤色散系数≤nm·km, 光纤富余度为 km。
若考虑 1dB 色散代价（ε 取），5dB 设备富余度，试计算在系统设计时，最
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 I 0.14W / cm2 。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
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=，两端的
解理面的反射率为。
(1)求因非全反射导致的等效损耗系数。
(2) 若取芯径 a 5m ，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) 计算在和波长时的响应度，并说明为什么在处光电二极管比较灵敏。
3.已知阶跃型光纤的 n1=，△=％，工作波长λ=μm 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)
损耗为 1dB/km 的 12km 长的单模光纤，每端有一个损耗为的连接器；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 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 % ， 若 RIN 135dB / Hz ，PIN 光电二极管接收机的响应度为 0.6A /W ，B 5GHz ，
（2）光纤线路上的线路码型是 5B6B，光纤的色散系数为 2ps/（），光源光谱 宽度为。
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 km，设备富于度为。 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/，损耗为 km。
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 mi 3% ，而另外 30 路信号的每一个信道的调制指数 mi 4% ，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%；链路包括一根
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是多少
22. 有 10km 长 NA 0.30 的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为1.45 ，计算光 纤带宽。
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(km nm)，ε 光通道功率参 数取。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 km, 设备富余度为。 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=,n2=,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
35. 一光纤通信系统的光纤损耗为 dB/km，光发射机的平均发送光功率为-1
dBm，全程光纤平均接头损耗为 dB/km。设计要求系统富裕度为 6 dB，无中
继传输距离为 70 km。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－10 dBm，则光接收机的动态范围至
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 1.31m ，那么 （1）若 0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径 a 应取多大
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！！！
计算、综合、分析题练习
1. 一阶跃折射率光纤，纤芯折射率 n1=，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
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 25m ，若 0 1m ，计算光纤的归一化频率V 及其中传播的模数量 M 。 15. 一根数值孔径为的阶跃折射率多模光纤在 850nm 波长上可以支持 1000 个左
ID 10nA ， Req 50 ， Ft 3dB 。
（1）若接收光功率为 10dBm ，试求这个链路的载噪比； （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 km，有 5 个接头，平均每个接头损耗为，光 源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-56dBm（BER=10-19）。
（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
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1.5dB / km 。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 2.5dB / km ，则所需的输入光功率为多少
(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 dB /个，平均接头损耗为 dB/km，光纤损耗为 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
和色散两种限制。 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 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 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
少应取多少
36. 已知阶跃型光纤的 n1=，Δ=，芯子半径 a=10μm，波长 λ0=μm, 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=，Δ=%，λ0=μm, 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
大中继距离为多少
39. 一无备用系统的光缆通信系统，在 420km 内共设 10 个中继器，各种设备的
故障率如下：
设备种类
故障率（fit）
140Mb/s 光端机
20000（一端）
140Mb/s wenku.baidu.com继器
7000（一线）
光缆 200（一公里）
供电 7500（一端）
求： （1）系统总故障率。 （2）平均无故障时间。 40. 已知均匀光纤的 n1=，Δ=，工作波长λ0=μm, 当纤芯半径 a=25μm。试求： （1）此光纤中传输的导模数是多少 （2）若要实现单模传输，纤芯半径应为多少 （3）系统中采用 1∶1 的主备比，在系统发送和接收端各存在一个转换设备，
0 到输入口 1 的插入损耗为，求两个输出口的输出光功率。 9. 已知阶跃折射率光纤中 n1=，n2=。
（1）光纤浸没在水中(n0=，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 km，光纤接头损耗为 km，光源的入纤功率为，
（2）若取芯径 a 5m ，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
n
r
n
0
1
2
r a
1/
2
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150W 的光信号和 1550nm
富余度为 6 dB，光缆富余度为 km，光纤接头损耗为 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 60 km，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=，n2＝，纤芯半径 a＝4μm，工作波长 λ＝ μm。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