1、第一章例 1:设每路声音信道的带宽为 4kHz，假设系统带宽是载波的 1%，请问载波波长 为 1.06m 的光能运多少声音信道？解：载波波长 =1.06m载波频率 f0=c/ =3 108m/s/1.06m=2.83 1014Hz,系统带宽 B= 1%f0=2.831012Hz，每路声音信道的带宽 B1=4kHz，声音信道数 N=B/B1 =2.831012/4103 =7108 路（7 百兆路，7 亿）例 2：假定地球上有 1010 个家庭(亿 108 100 亿) ，每个家庭有一部电话，如果使用频分复用，在一条线路上同时发送这些电话信号，请问要求的最小带宽 B1 是多少?若用 Fiber
2、传输，一个光波（0.8、1.3、1.5）可以携带这个复用的信号吗?解：最小带宽 B1= 10104103=41013HZ(1)若用 =0.8m 的光纤传输其频率 f0=c/ =（3 108m/s）/0.8 m=3.751014Hz因 f0=3.751014Hz 大于 B= 41013HZ，所以用一个 0.8m 的光波可以携带这个复用的信号。（2）若用 =1.3 m 的光纤传输其频率 f0=c/ = （3108m/s）/1.3m=2.31014Hz因 f0=2.31014Hz 大于 B= 41013HZ，所以用一个 1.3m 的光波也可以携带这个复用的信号。（3）若用 =1.5 m 的光纤传输其
3、频率f0=c/ =（3108m/s）/1.5m=2.01014Hz 因 f0=2.01014Hz 大于 B= 41013HZ，所以用一个 1.5m 的光波也可以携带这个复用的信号。计算题：补 1： 假定数字系统的数字速率是载波频率的 1%，分别计算载波频率为10kHz、1MHz、100 MHz、10GHz 和波长为 1.0m 时的比特速率？（参考答案：100b/s、104b/s、1Mb/s、108b/s、31012b/s）第二章例 2-1 波长为 1300nm 的光在石英玻璃 SiO2 中（n=1.45）传播时，求入射到空气界面发生全反射时的临界角 c。解：n1=1.45 （ SiO2 ）n2
4、=1（ 空气 ）由 Sinc/ sin900=n2/n1即 c=sin-1（ 1/1.45）=sin-10.69 =43.60例 2-2 某阶跃型多模光纤的纤芯折射率 n1=1.480，包层的折射率 n2=1.460，该光纤的纤芯直径 d=2a=100m，设光源所发出的光波长 =850nm，计算从空气（n0=1）射入该光纤内时，该光纤的数值孔经 NA、最大可接收角 为多少？解：（1）该光纤的数值孔经NA=(n12-n22)1/2=(1.4802-1.4602)1/2=0.2425（0.1-0.3 ）（2）sinmax = NA/ n0=0.2425/1=0.2425，可得 max =140 ，
5、所以 =2 max =2801、在折射率 n1=1.460 玻璃介质传输的光线入射到折射率较小的 n2=1.430 玻璃介质。假如光线的自由空间波长是 850nm。(1)计算光纤的数值孔径 NA(2)全内反射(TIR)的最小入射角（临界角 c ）是多少?(3)求折射率差 2、P76 3-10例 2-3 某阶跃型多模光纤的纤芯直径 d=2a =100m ，纤芯的折射率 n1 =1.468，包层的折射率 n2=1.447，设光源所发出的光波长 =850nm，计算在该阶跃型多模光纤内所允许传输的模式数量 N 为多少？解：将 a=d/2=50m ，=850nm 及 n1=1.468，n2=1.447
6、带入 V 参数的计算式得：V=2a(n12- n22)1/2/=(23.1450/0.85) (1.4682-1.4472)1/2=91.4由于 V2.405，所以在该光纤内所允许传输的模式数量NV2/2=91.42/2=4140例 2-4 某阶跃折射率光纤的纤芯折射率 n1=1.468，包层的折射率 n2=1.447，设光源所发出的光波长 =1550nm，计算在该阶跃型光纤内单模传输时的纤芯直径？解：当 V2.405 时，可实现单模传输，则有V=2a(n12- n22)1/2/=(2a/1.55) (1.4682-1.4472)1/22.405可得 a2.473 m，即当纤芯半径 a2.47
7、3m 时，在该阶跃型光纤内可单模传输。例 2-5 某阶跃光纤的纤芯折射率 n1=1.468，纤芯半经 a=25m ，相对折射率差=0.005，设光源所发出的光波长 =1300nm，计算在该光纤内所允许传输的模式数量 N 为多少？解：该光纤的 V 参数为V2a n1(2)1/2/ =(2a/1.3)（20.005）1/21.468=18由于 V=182.405，所以 NV2/2=182/2=162例 2-6 某阶跃型多模光纤的纤芯折射率 n1=1.480，包层的折射率 n2=1.460，该光纤的纤芯直径 d=2a=100m，设光源所发出的光波长 =850nm，计算从空气（n0=1）射入该光纤内时
8、，该光纤的数值孔经 NA、最大可接收角 和模式数量 N为多少？解：该光纤的数值孔经 NA=(n12-n22)1/2=(1.4802-1.4602)1/2=0.2425sinmax = NA/ n0=0.2425/1=0.2425，可得 max =140所以 =2 max=280V =2a NA/=23.14500.2425/0.85=89.6，由于 V=89.62.405，所以模式数量 N 为 NV2/2=89.62/2=4012例 2-7：光源注入到传输光纤的输入光功率 Pin=1mw，光纤输出端的光功率，即光电探测器所要求的光功率 Pout=10nw，光源所发出的光波长 =1.3m ，在1
9、.3m 波段，光纤的衰减系数L =0.4dB/km，请计算该段光纤的无中继器距离 L 为多少？解： 由 L （dB）= -1/L10lg(Pout/ Pin)可得 L=-1/L 10lg(Pout/ Pin)=-1/(0.4dB/ km)10lg(10-8/10-3)=125km例 2-8 光源的波长 =1550nm，谱宽 1/2=2nm 。材料色散 Dm=+10 ps/nmkm，光纤的半径 a=4m,波导色散 Dw=-6ps/nmkm，请计算该光纤每公里的色散时间。解：D=|Dw+ Dm|=|+10ps/nmkm-6ps/nmkm|=4ps/nmkm。所以该光纤传输光信号时，每公里的色散时间
10、=| D|1/2 1km=|4ps/nmkm|2nm1km=8ps2.1 分别计算波长为 820nm、1310nm、1550nm 的光子能量，试比较波长与光子的能量关系？（2.410-19J 1.4910-19J 1.2810-19J）P372.2 若 0.82m 波长的光波以 10W 的光功率入射到光探测器上，则探测器 5 秒钟内接收的光子数为多少？（2.061014）2.3 若 0.82m 波长的高斯光束，光源直径 20 为 1m，其扩散角 2 为多少?该光源传输到距离光源 1km 处的光斑直径为多少？2.4 光线从空气（n1=1）进入玻璃（n2=1.5） ，当入射角 i=300 时，折射
11、角 t 为多少？当入射角 i=00 时（法线入射） ，折射角 t 又为多少？2.5 自由空间波长为 1330nm 的光波在石英光纤（n2=1.460）中传输时，当该光线从石英光纤中传输入射到石英与空气界面时，计算发生全反射的临界角 C。2.6 设 C 是光纤的临界角，证明 cosC=(n12-n22)1/2 /n1 。 2.7 波长为 870nm 的光波，从 n=3.6 的半导体介质(GaAs)入射到 n=3.4 的另一种半导体介质(A1GaAs)，入射角 i=800，是否会发生 TIR? 第五章例5-1： Si和Ge的禁带能量宽度Eg分别为1.1eV和0.67eV，请分别计算Si和Ge PI
12、N光电二极管的截止波长c。解：对于Si c= hC/Eg =（ 6.6256 10-34 ） （ 3 108）/ 1.1eV=1.125 10-6m 对于Ge c= hC/Eg =（ 6.6256 10-34 ） （ 3 108）/ 0.67eV=1.847 10-6m 例5-3某材料=0.85m ，量子效率=0.8 ，请计算1、响应度R；2、P in=1mW时的光生电流I p为多少？解：1、 = .e/h= /1.24 =0.80.85/1.24 =0.55mA/mW2、 Ip = Pin=1mW0.55mA/mW=0.55mA例5-4 ： 某LD 的RIN 为-150dB/Hz ，接收机的
13、带宽为1GHz ，设接收机的平均射入光功率为10W ，探测器的灵敏度R为0.5A/W，求接收机探测到LD的噪声功率和平均噪声电流。RIN = PNL2/（P 2f） （1/Hz）解：因RIN（dB/Hz） =10logRIN=-150 ，所以RIN=10 -15/Hz，P=10W =10-5 W，f=1GHz=10 9 Hz，LD的平均噪声功率的平方是 PNL2 =P2f RIN=(10-5 )210910-15=10-16 所以平均噪声功率P NL=(10-16)1/2=0.01W，灵敏度R=0.5A/W，所以平均噪声电流应为I NL=RPNL=0.5A/W0.01W=0.005A =5nA
14、例5-5若光电二极管的结电容为 1pF，为使输入电路的上截止频率为(1)1MHz、(2)1GHz，最大的负载电阻能取多大?解： = RC f0=1/ = 1/RC RC =1/f0 R =1/f0C =1/(106.10-12)-1M=1/(1012.10-12)-1G例5-6：某光接收机接收0和1 的概率相等（各占 50%）1误接为0 的概率为30%， 0误接为1的概率为40%，计算该光接收机的误码率为多少？例 5-8：某光接收机的最大接收功率为 5mW，最小接收功率为 0.1mW，计算该接收机的动态范围。例 6-1 题某 EDFA 工作于波长为 1.55m 时，输入信号光功率 Pin 为 300W，用波长为0.98m 的光源泵浦该功率放大器，泵浦功率 Pp 为 40mW，该功率放大器输出功率Pout 为 35mW，试计算该功率放大器的功率增益、转换效率和吸收效率。
