《光纤通信》试题计算分析题练习Word文档下载推荐.docx
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(2分)
(2)全反射临界角θc。
(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,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1300nm,其他参数如下:
发射光功率为-3dBm,接收机的灵敏度为-38dBm(BER=10-9),系统余量为4dB,连接器损耗为0.5dB/个,平均接头损耗为0.05dB/km,光纤损耗为0.4dB/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/(kmnm),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33°
投射到平板玻璃表面上,这里的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.计算及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,则允许的最大入射角为多少?
14.已知阶跃光纤纤芯的折射率为,相对折射(指数)差,纤芯半径,若,计算光纤的归一化频率及其中传播的模数量。
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,长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率的光脉冲,经过该光纤后,信号延迟半个脉冲周期,试估算光纤的长度。
17.有阶跃型光纤,若,,那么
(1)若,为保证单模传输,光纤纤芯半径应取多大?
(2)若取芯径,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
求光纤的本地数值孔径。
19.某光纤在1300nm处的损耗为,在1550nm波长处的损耗为。
假设下面两种光信号同时进入光纤:
1300nm波长的的光信号和1550nm波长的的光信号。
试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少?
以为单位。
20.一段12km长的光纤线路,其损耗为。
试回答:
(1)如果在接收端保持的接收光功率,则发送端的功率至少为多少?
(2)如果光纤的损耗变为,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,相对折射率差。
(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长的多模阶跃折射光纤,如果其纤芯折射率为,计算光纤带宽。
23.计算一个波长为的光子能量,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,射到地球外面大气层的光强大约为。
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%,计算在和波长时的响应度,说明为什么在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,而另外30路信号的每一个信道的调制指数,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2.3%;
链路包括一根损耗为1dB/km的12km长的单模光纤,每端有一个损耗为0.5dB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0.6A/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4.4%,若,PIN光电二极管接收机的响应度为,,,,。
(1)若接收光功率为,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,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0.1dB/km,有5个接头,平均每个接头损耗为0.2dB,光源的入纤功率为-3dBm,接收机灵敏度为-56dBm(BER=10-19)。
(2)光纤线路上的线路码型是5B6B,光纤的色散系数为2ps/(km.nm),光源光谱宽度为1.8nm。
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0.1dB/km,设备富于度为5.5dB。
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/(nm.km),损耗为0.2dB/km。
(2)发射机用的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。
(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3.5dBm/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;
在300nm处的损耗为1.5dBm/km;
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,设备富余度为6dB,光缆富余度为0.1dB/km,光纤接头损耗为0.2dB/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60km,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=1.51,n2=1.49,纤芯半径a=4μm,工作波长λ=1.31μm。
(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
35.一光纤通信系统的光纤损耗为0.35dB/km,光发射机的平均发送光功率为-1dBm,全程光纤平均接头损耗为0.05dB/km。
设计要求系统富裕度为6dB,无中继传输距离为70km。
(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-10dBm,则光接收机的动态范围至少应取多少?
36.已知阶跃型光纤的n1=1.5,Δ=0.01,芯子半径a=10μm,波长λ0=1.5μm,
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=1.5,Δ=0.5%,λ0=1.3μm,
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It<
50mA,标称波长为1310nm,光谱宽度为2nm,发送光功率为-2.3dBm,
接收灵敏度为-38dBm,
动态范围≥20dB。
采用的光缆其固有损耗为0.4dB/km,
接头损耗为0.1dB/km,光连接器衰减为1dB,光纤色散系数≤2.0ps/nm·
km,
光纤富余度为0.1dB/km。
若考虑1dB色散代价(ε取0.115),5dB设备富余度,试计算在系统设计时,最大中继距离为多少?
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中继器
7000(一线)
光缆
200(一公里)
供电
7500(一端)
(1)系统总故障率。
(2)平均无故障时间。
40.已知均匀光纤的n1=1.51,Δ=0.01,工作波长λ0=0.85μm,
当纤芯半径a=25μm。
(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
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- 光纤通信 试题 计算 分析 练习
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