光纤通信新增计算题

1、精选资料精选资料 I - _'I I i | |A2013/12/10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。 ；11 _2， 1 _2 c 胪解：9门 W . . .I 1 i2、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V来描述，现若有最低平均光功率 V为10mW，则其灵敏度人为。解：该处必须注意单位"的单位是dBm，1的单位是mW，计算时要注意单位以免I出错，依据公式 S: -_ U)'11ln - 103、光接收机的动态范围D是指在保证系统误

2、码率指标要求下，接收机的最低光功率V和最大允许光功率 山 之比，现知V和宀 分别是10W和100W则其动态范围 D为。片廿痕100解 '- J i p!，注意单位！1 = 1,486 匕=1.472 现4、一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是: 仅考虑模式色散，贝心(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I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 ,贝卩-n2X 1 x 1.486/1.486-1.472口社=(冃丿=T47Z ) = 147 x 10&

3、quot;=47A(ns)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，贝憬大比特率4 / / *' I I "1 1为卜.-衍,、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：一 丨山字 i I - ： ； - Hi 、Io：- I： : :SU'.: - 1用4、: i'i d/S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：厂-山，求: | 、 I |1.46(1厢)NAn-nls122n-(1.482 3 4 5- 1.462)' = 0.242(1) 其临界入射角叮； i

4、):. ,ii sir: ( A ；i 1 -I1'（5）数值孔径 NA在实际计算时还有另外的计算公式为：2/IX21X -z2nzrk-0.242T48)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 门。2、已知某光纤参数如下：心心,纤芯折射率为-： -山。试问：（1）此光纤能否传输波长，丨川川：的川：和模？说明理由。./ xi * / / I I I-j' J | !1I |-（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km.二可得：X 1、LUI x 10 6、,而和模的归一化

5、截止频率v -1'1-，显然，故不能传输波长为:j 1 HUI的山：和小模。 ；|'J（2）对于"和模，其截止波长为2n2 it= niav;2? = x L48 x 4.0 x 106/2 X 0.003 = 1.20pmV £d T kJ即入射光波长应小于时，才能传播。3、已知某光纤参数如下：|：儿|： "小门，纤芯折射率为11 - 1-若干Hl，：:'模 的截止频率和若干LH ：|'模的截止频率如表1和表2。试问：（1）当光波长分别为厂- 1"门，'- 门，“ - Wmi时，光纤中能传输哪 些导波模？（2）从

6、（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？张老师愿大家都能取得好成绩(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，对于上例光波长为入1 = 1.55口m而言，若假设总功率为iooodBm则包层传输的功率P包层为多 少？表1若干模的截止频率模式HEnrnHEnHE劈|HE2+HE31HE算he勇截止频率%2.0455.5208.65411.7923.8327.01610.17313.321 1表2若干匚模的截止频率模式EHmnHHiiFigEH|3EHnEH2aEH 23截止频率Vc3.3827.01610.173

7、13.3245.1368.41711.62014.79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，凡是满足丫Y条件的模式都可以在光纤中传输。因为Y -： I： 'I i，所以有：2ttVi = nia/27 二2 IT155 x IO"6x l.Sx 6x 10-% x 0.002 = 2.3062 71V? =-n j ci *； 2 ?=2n131 x IO"6X 1.5 X 6 x 10-% x 0.002 = 2.732nV3 = ¥n1av2? = _X 1.5 X 6 x 10-/2 x

8、0.002 =4.211.55门I | :丫 - /.f.i-W I：: 1 |此时光纤中只能传输'导波模。TM当A - 1.3 1 J时：-| - 一丫 ： . ：|2.045LVt(TE0r tm01l此时光纤中只能传输导波模。3.832 lVctHE31T EH HErJJ < V3 = 4.21 < 5J36此时光纤中只能传输"1：1：111- "l ：-，LI，； 1- ；：1；'"1：|导波模。故光纤中能传输的导波模有''1-'门' "'（2）从（1）中可以看出，波长越短，归

9、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xI1 7丄（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%"j*I j* i*|光波长为入i = 1占5口m而言，Vl 2.306，总功率为P总=i000dBm则包层传输的功率-已二为2/2 2/2 - 一 -P知戸二亠 x P已=-_x 1000 = 408.85 dBm包层 3Vi 总 3 X 2.3064、已知某阶跃光纤参数如下：*,纤芯折射率为|：: - - |：-，光波长丨./二则单模传输时光纤具有的纤芯半径。2.405X2.405 x 1.31 x 10-

10、6,解：|:川J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"I与次边摸功率宀之比, 它是半导体激光器频谱纯度的一种度量， 若V -川汁|，G 1,则MSR为。 解：f 1（也-IgJ- :n边第四章计算题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-'tlA，其入射光功率为> -'1-'-:bAV，则响应度R的大小为。 解：依定义注意填写单位。张老师愿大家都能取得好成绩 5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- 2 ,则其噪声系数卜的大小为。解：当光放大器

11、的增益比较大时，噪声系数-'L第六章计算题1、某LAN光纤链路工作波长鮎山川1,链路长度：.门)山；厂，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/sLAN最大光缆:乂I.长度如表1,用MMF (多模光纤)62.5/125:的光纤。表110/100Mb/sLAN 最大光缆长度LAN类型波长/nm最大长度/m最大损耗dB/km带宽距离积/Mb/s x km纤芯50m纤芯62.5m纤芯50师纤芯62.5叫10Base-F850100020003.75500160100Base-FX1300200020001.5500500100B

12、ase-SX85020003.75500求：(1)系统要求的上升时间模式色散引起的脉冲展宽A''-，即光线模式上升时间。色度色散引起的脉冲展宽"。(4) 求系统实际上升时间八。(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V和川-1 "厂丄。解：(1)带宽与比特率的关系"汕宀，从而得：0.350-35Atr 二二二 21.9 (ns)fsys 16 X 10"(2)由表可知，62.5/1251":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160MHz km2000m=80转换成电带宽山：C 衣；，：. l 17. I .0.350.35则h ._.“九屮眾5Xn 斗I（3）由色度色散计算公式和，可得D （入）夸 0.1ns/（ns'km）,故有4匕=:二1 x 20nm x 2km = 4 ns .".i.（4）有以上得山二.J : : I丨.：.：:宀故系统实际上升时间山护二 J®t石2 +心奇二加 + 2 = 10.9 ns; .*"r''.*!1,a j r !其中，光设备的上升时间'为8ns是已知条件