1、光纤通信试题公布新增加的计算题张延锋2013/12/10新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩2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： = = =sin1（21） 2sin1（ 1.461.48） 29.42、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=10=1010=10 3、光接
2、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！=10=1010010=1 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=1.4862=1.472（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，则新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩3 =
3、1(122)=11.4863105(1.4861.4721.472)=1.47108()=47.1()(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 =12= 121.47108=10.6（ /）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： =log2(1+)=3.4103log2(1+30)=1.684105 /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=1.482=1.46（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
4、 ；0（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 。=sin（21） =sin（ 1.461.48） =80.60（2） = = 。=sin1（21） 2sin1（ 1.461.48） 29.4（3） =sin0=（ 2122） 12=（ 1.4821.462） 12=0.242(4) 0=arcsin()=140新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩4(5)数值孔径 NA 在实际计算时还有另外的计算公式为：=sin0=（ 2122） 12=（ 221） 12（ 212
5、2） 12（ 221） 12=12则： 。=12（ sin01） 2=12（ 0.2421.48） 2=0.013368一般而言，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 。 12、 已知某光纤参数如下： , ,纤芯折射率为=4.0=0.003。试问：1=1.48（1） 此光纤能否传输波长 的 和 模？说明理由。=1.310101（2） 如要使 和 模能够传输，光波长应做怎样的调整？0101解：（1）由方程 可得：=012，=212= 21.311061.484.010620.003=2.2而 和 模的归一化截止频率 ，显然 ，故
6、0101 =2.045 都可以在光纤中传输。因为 ，所以有：=2121=2112= 21.551061.5610620.002=2.3062=2212= 21.311061.5610620.002=2.733=2312= 20.851061.5610620.002=4.21当 时，1=1.55新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩6，0(11)1=2.3062.045(01， 01)此时光纤中只能传输 导波模。11当 时，2=1.31，2.045(01， 01， 21)2=2.7323.832(31,11)此时光纤中只能传输 导波模。01， 01， 21和 11
7、当 时，1=0.85，3.832(31， 11， 12)3=4.215.136(21)此时光纤中只能传输 导波31， 11， 12， 01， 01， 21和 11模。故光纤中能传输的导波模有 。31， 11， 12， 01， 01， 21和 11（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=122(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， ，总功率包 层总 =223 1=1.551=2.306为 1000dBm，则包层传输的功率 为总 = 包 层包 层 =2231总 =
8、 2232.3061000=408.85 4、已知某阶跃光纤参数如下： ，纤芯折射率为 ，=0.003 1=1.46光波长 ，则单模传输时光纤具有的纤芯半径 =1.31 新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩7。解： 注意填写时加单位。2.405212=2.4051.3110621.4620.003=4.44 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 与次边主摸功率 之比，它是半导体激光器频谱纯度的一种度量，若边， ，则 MSR 为 。主 =10边 =1解： =10主边 =10101=10第四章 计算题1、 光检测器的响应度 R 表
9、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=1.0，则响应度 R 的大小为 。=1.4286解：依定义 ，注意填写单位。=1.01.4286=0.7 /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=2数 的大小为 。解：当光放大器的增益比较大时，噪声系数 。2=4第六章 计算题1、某 LAN 光纤链路工作波长 ，链路长度 ，最=850 =2000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（多模新增加的计算题罗列 ps：请
10、同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩8光纤）62.5/125 的光纤。表 1 10/100Mb/s LAN 最大光缆长度最大长度/m 带宽距离积/Mb/skmLAN 类型 波长/nm纤芯 50 纤芯 62.5最大损耗dB/km 纤芯 50 纤芯 62.510Base-F 850 1000 2000 3.75 500 160100Base-FX 1300 2000 2000 1.5 500 500100Base-SX 850 2000 3.75 500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
11、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 。（ ） =04（ 043） =|（ ） |解：（1）带宽与比特率的关系 ，从而得：=16=0.35= 0.3516106=21.9（ ）（2）由表可知，62.5/125 光纤工作于 850nm 时的带宽距离积为160MHzkm，由于链路长度是 2000m，故模式带宽（光电宽）为，=160MHzkm2000m=80（ MHz）转换成电带宽 1=0.707=56.6（ MHz） ,新增加的计算题罗列 ps：请同学们好好备考！张老师愿大家都能取得好成绩9则 =0.351=0.3556.6=6.2（ ）（3）由色度色散计算公式 和（ ） =04（ 043），可得=|（ ） |,故有 （ ） 0.1/() =0.1202=4 (4)有以上得 =()2+()2= 6.22+42=7.4 故系统实际上升时间=()2+()2= 7.42+82=10.9 其中，光设备的上升时间 为 8ns 是已知条件。（5）由于系统实际上升时间小于系统所要求的上升时间 ，故21.9光纤的选择满足系统设计的要求。（6）如果光纤的带宽不能满足要求，可以将波长换为 1300nm 或采用 LD 光源。
