光纤通信期末习题讲解和分析

例题讲解和分析邯郸学院光纤通信作业阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.5，包层折射率n2=1.48，在工作波长为1310nm条件下，要保证单模传输，纤芯的半径如何选择？一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km，如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发射端的功率至少为多少dBm？对于某石英光纤，假设某光源发出光的中心波长0.85μm，谱线宽度30nm，试求单位距离上的脉冲展宽。如果光源的发射波长是1.55μm，谱线宽度不变，单位距离上的脉冲展宽又是多少？

附：该石英光纤在0.85μm和1.55μm处的色散系数分别为-105ps/(nm∙km)和18ps/(nm∙km)。第二章光纤作业阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.5，包层折射率n2=1.48，在工作波长为1310nm条件下，要保证单模传输，纤芯的半径如何选择？第二章光纤单模光纤:V≤2.405纤芯半径应小于2.054μm

作业一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km，如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发射端的功率至少为多少dBm？第二章光纤输出光功率转换为dBm形式

光纤线路损耗为

发射端功率至少为

注意单位dB、dBm

光纤线路损耗的绝对值为

作业对于某石英光纤，假设某光源发出光的中心波长0.85μm，谱线宽度30nm，试求单位距离上的脉冲展宽。如果光源的发射波长是1.55μm，谱线宽度不变，单位距离上的脉冲展宽又是多少？

附：该石英光纤在0.85μm和1.55μm处的色散系数分别为-105ps/(nm∙km)和18ps/(nm∙km)。第二章光纤光纤的色散系数光源的谱线宽度光纤的长度负号并不表示脉冲压缩因此脉冲展宽通常写为注意：解：作业

1.

一峰值波长在800nm的GaAs激光器，谐振腔长400μm，材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm<<850nm的范围内都大于总损耗，试求此激光器中存在多个模式？(a)

有一GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长500μm，腔内总吸收系数为10cm-1，两端非涂覆解理面的反射率为32%，求在辐射阈值条件下的光增益;(b)

若在激光器的一端涂覆一层电介质反射材料，使其反射率变为90%，试求在辐射阈值条件下的光增益；

(c)

若它的内量子效率为0.65，试求(a)和(b)中的外量子效率。第三章光源与光电探测器谐振腔纵模限制作业1.

第三章光源与光电探测器谐振级数、频率/波长间隔在受激辐射阈值以上，会建立起一个稳定的振荡，返回的光波的幅度与相位都要和初始光波的相等。假设有两个频率为和的相邻模式，则有作业1.

第三章光源与光电探测器谐振级数：满足谐振的各个模式的谐振级数分别为：1.

一峰值波长在800nm的GaAs激光器，谐振腔长400μm，材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm<<850nm的范围内都大于总损耗，试求此激光器中存在多个模式？解法（1）严格解：满足谐振的模式数为：个第三章光源与光电探测器波长间隔：满足谐振的模式数约为：解法（2）估算：作业1.

第三章光源与光电探测器作业

(a)

有一GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长500μm，腔内总吸收系数为10cm-1，两端非涂覆解理面的反射率为32%，求在辐射阈值条件下的光增益;(b)

若在激光器的一端涂覆一层电介质反射材料，使其反射率变为90%，试求在辐射阈值条件下的光增益；

(c)

若它的内量子效率为0.65，试求(a)和(b)中的外量子效率。第三章光源与光电探测器激光振荡阈值条件光学谐振腔存在两个相反的过程：光增益和光损耗只有当光增益大于损耗时，才能建立稳定的激光振荡输出激光这个条件称为激光器的阈值条件阈值增益系数，光学谐振腔长度，两个反射面的功率反射系数，除两个反射面透射损耗之外的所有损耗引起的衰减系数。所有损耗引起的衰减系数，作业2.

第三章光源与光电探测器外量子效率定义：外微分量子效率为超过阈值时每个电子－空穴对的复合所产生的光子数内量子效率.作业2.

第三章光源与光电探测器阈值增益系数，除两个反射面透射损耗之外的所有损耗引起的衰减系数。

(a)

有一GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长500μm，腔内总吸收系数为10cm-1，两端非涂覆解理面的反射率为32%，求在辐射阈值条件下的光增益;解：建立稳定的激光振荡的阈值条件将代入上式，得到第三章光源与光电探测器作业2.

或者利用公式作业2.

(b)

若在激光器的一端涂覆一层电介质反射材料，使其反射率变为90%，试求在辐射阈值条件下的光增益；第三章光源与光电探测器阈值增益变为：解:作业2.

解:外量子效率：已知根据可得第三章光源与光电探测器

(c)

若它的内量子效率为0.65，试求(a)和(b)中的外量子效率。作业1.

一个2×2定向耦合器的分光比是4:1，插入损耗是2dB，方向系数是40dB，计算每个端口的输出功率与输入功率的比是多少？

2.

用一个半导体激光器激励长2.5km长的光纤。假设2.5km的总链路损耗是4dB，功率通过光纤的端面返回激光器，端面是平滑的，光纤末端将光辐射到空气中。

(1)计算反射回激光器的光功率，也就是计算当光返回到LD时，反射信号与发射信号相比，下降的分贝数。

(2)光隔离器可以将题目中的反射功率减小50倍，问这个隔离器的隔离度是多少？第四章无源光器件X型（2×2）分路器分光比

(Splittingratio)方向系数

(Directioncoefficient)插入损耗

(Insertionloss)主要参数作业1第四章无源光器件X型（2×2）分路器方向性系数作业1则有插入损耗则有根据分束比则有解：第四章无源光器件X型（2×2）分路器作业1插入损耗解：第四章无源光器件作业2.

用一个半导体激光器激励长2.5km长的光纤。假设2.5km的总链路损耗是4dB，功率通过光纤的端面返回激光器，端面是平滑的，光纤末端将光辐射到空气中。

(1)计算反射回激光器的光功率，也就是计算当光返回到LD时，反射信号与发射信号相比，下降的分贝数。

(2)光隔离器可以将题目中的反射功率减小50倍，问这个隔离器的隔离度是多少？解：(1)光纤末端将光辐射到空气中，端面的反射率为：则反射损耗为光信号两次经过光纤传输，因此返回到激光器时，光功率下降的分贝数为(2)光隔离器可以将反射功率减小50倍，则其隔离度为第四章无源光器件作业假设有一个光纤通信系统，其中的LED发射10mW，0.85μm的光波；光缆损耗为20dB；PIN型光检测器的响应度为0.5A/W，检测器的暗电流为2nA，其负载电阻为50Ω；接收机的带宽为10MHz，温度为300K。除了光纤损耗外，系统总损耗还包含光源耦合引起的14dB的功率降低，以及由多个接头和连接器导致的10dB损耗。计算接收到的光功率、检测信号电流和功率、散弹噪声和热噪声以及信噪比。第五章光端机作业LEDPIN光检测器光源耦合损耗14dB光缆损耗为20dB多个接头和连接器导致的10dB损耗负载电阻为50Ω暗电流为2nA响应度为0.5A/W电信号输出带宽为10MHz温度为300K接收机发射10mW、0.85μm的光波LED发射功率：光纤通道总损耗：光源耦合损耗＋光缆损耗＋连接损耗＝14＋20＋10＝44dB接收到的光功率：10－44＝－34dBm检测到的信号电流：检测到的信号功率：解：第五章光端机作业散弹噪声功率：信号电流为，远远大于暗电流因此有：热噪声功率：信噪比SNR：热噪声功率远远大于散弹噪声。转换为dB形式：第五章光端机作业假设半导体激光器向光纤注入0.5mW的光功率，随后接一个增益为25dB的后置放大器（EDFA），随后其连接的光纤长度为100km，损耗是0.25dB/km。接下来是中继放大器，能够提供足够的增益，可以将信号功率放大到后置放大器输出端的功率水平。后面的光纤同第一根光纤完全一样，但长度为150km。一个前置放大器将信号功率放大到注入光纤时的量级（0.5mW）。

试问，此前置放大器的增益是多少？

画出此光纤通信系统中以dBm为单位的光信号随位置变化的曲线。第六章光纤通信系统作业1LD后置放大器中继放大器前置放大器光纤100km光纤150km0.5mWG1=25dB-0.25dB/km-0.25dB/km0.5mW解：0.5mW相当于经后置放大器后输出为：－3+25=22dBm长度为100km的光纤总损耗为：100×(-0.25)=-25dB经100km光纤传输后功率为：22－25＝－3dBm中继放大器可以将光信号功率放大到后置放大器的输出水平，即22dBm经150km光纤传输后功率为：22+150×(-0.25)＝－15.5dBm根据题意，经前置放大器输出的光功率为-3dBm，

则该前置放大器的增益系数为：G3=-3-(-15.5)=12.5dB（该中继放大器的增益为G2=22-(-3)=25dB）OpticalAmplifier(OA)