光纤课后

1.1

1、什么是光纤通信?

2、光纤通信的优点有哪些?

3、光纤通信的各发展阶段的特征是什么?

4、光通信系统工作波长为0.88mm,1.3mm和1.55mm，计算载波频率及单个光子能量。 5、假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55m m的光载波上能传输多少64kb/s的话路？ 1.2

1、光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分的作用。 2、光纤通信的三个窗口指什么？ 3、光纤通信中对光源的要求是什么？ 4、光纤通信中对检测器的要求是什么？ 1.4

1、10mW的1310nm激光,其发送光功率为多少dBm?

2、某光纤损耗为10dB,计算光通过光纤后，功率减小多少?

3、0.8mm的光波以1mW的光功率入射到探测器，则探测器每秒接收的光子数是多少？ 4、设光纤的损耗为0.2dB/km,计算光功率下降一个数量级所对应的传输距离。如果光功率以exp(-aL)规律下降，计算a（in cm-1).

5、设有1.55mm的数字通信系统工作于1Gb/s,探测器接收的平均功率为(-40dBm).假设比特流中的1和0比特数相等，计算每个比特中的光子数。

6、画出比特率为2.5Gb/s的数字非归零（NRZ）比特流（010111101110）的功率随时间变化图象，并计算最短和最长的光脉冲持续时间。 1.5

1、什么是TDM?为何使用TDM？

2、试述PCM方式下语音数字通信的基本过程? 3、PCM 30路制式的速率等级是怎么样的？ 4、基群的传输速率为多少？

5、PCM基群的帧周期、时隙宽度、码元宽度是怎样计算的？

6、对10路语音信号进行PCM时分复用传输，采样速率为8kHz，采样后的信号使用M级电平量化，二进制编码，传输信号为半占空RZ码，求M=8和256时，传输10路PCM时分复用信号所需带宽。

M=8，3bit/路，30bit/10路 8000帧/秒，B=30bit*8k/s=240kb/s M=256，8bit/路，80bit/10路 8000帧/秒，B=80bit*8k/s=640kb/s 2.1

1.写出光波在真空和介质中传播速度的关系、波长的关系、频率的关系、传播常数的关系。 2.光纤的结构如何？

3.何谓SIF？何谓GIF？画出它们折射率分布示意图，标出结构参数2a，2b。 4.何谓单模光纤？何谓多模光纤？ 2.2

1.何谓相对折射率差？

2.SIF和GIF光纤中光线的传播路径有何区别？

3.从射线分析方法看，光纤中导波的形成必须具备什么条件？ 4.根据射线分析方法，SIF光纤内导波模式的横向谐振条件是

4ak1x?2?0?2j?,(j?0,1,2,...)

说明上式中各符号含义及由该式可得出的导波模式结论。 5. 根据GIF光纤中光线的轨迹方程 1?r??r??cos(Az)sin(Az)??i????? An???????????i???Ansin(Az)cos(Az) ??其中入射光线--

入射光线--

(ri,?i)出射光线--

(r,?)

说明GIF光纤的自聚焦效应。 A?2?/a

1.何谓光纤中的导波模式？ 2.何谓矢量模？何谓标量模？

3.写出归一化频率V的定义式，并说明各符号的意义。

4.光纤的单模工作条件是什么？在a，n1，n2给定条件下的单模截止波长为多少？

5.设多模光纤的2a=50um，n1=1.48,D=0.01,计算在工作波长为l=840nm时的归一化频率V=？光纤中存在多少导波模式？ 2.3

1. 已知单模光纤传输波长为1.2mm的光波，其中 n1=1.45, D=5×10-3, 估算单模光纤的芯径。

2. A step-index fiber has a normalized frequency V=26.6 at a 1300-nm wavelength. If the core radius is 25mm, let us find the numerical aperture.

3. 已知SIF光纤， n1=1.5, D=0.01, a=25um, 求（1）LP01，LP02，LP11，LP12模的截止波长各为多少？（2）若波长为1mm，求V=？光纤中传播的模式数量M=？（参见提示） 提示：光纤中的低阶模式和相应的V值范围

V值范围 0~2.405 2.405~3.832 3.832~5.520 5.520~7.016 7.016~8.654

8.654~10.173

低阶模式 LP01 HE11

LP11 HE21 TM01 TE01 LP02 HE12

LP12 HE22 TM02 TE02 LP03 HE13

LP13 HE23 TM03 TE03

1.描述光纤损耗通常用损耗系数a来描述，写出其表达式。 2.引起光纤损耗的因素有哪些？ 3.什么是全波光纤？

1、写出多模光纤模间色散引起的带宽表达式，并加以说明。 2、写出单模光纤模内色散引起的带宽表达式，并加以说明。 3、按照产生的原因不同将模内色散分为哪两类色散？

4、模内色散用色散系数来描述，其是如何定义的？并 加以说明。 1、什么是光纤的非线性极化？ 2、说出若干光纤的非线性效应。

3、受激RAMAN散射与受激Brillouin散射的区别是什么？ 4、什么是Kerr效应？

1.下列光纤中属于多模光纤的是 G.651, G.652, G.653, G.654

2. G.653称作色散位移光纤(DSF)，其零色散波长为多 少？ 3.1

1.为什么原子中电子的状态用能级描述，而半导体中电子的状态用能带表示？ 2.什么是导带和价带？半导体中哪个带的电子参与导电？ 3.何谓费米能级？写出费米分布的表达式，并加以说明。 4.画出本征半导体能带的示意图，并标出带隙？

5.当E-Ef>5kBT时，计算费米分布函数大小，并说明其物理意义。 1.何谓耗尽层和有源区？ 2.何谓同质结和异质结？

1. LED具有怎样的发光特点？ 2. 描述LED的特性有哪些？

3. 若波长为1.31mm的LED，当驱动电流为50mA时产生2mW的输出光功率，计算LED的量子效率h？

4. LED的最高调制频率大约为多少？

5. 面发光二极管(SLED)与光纤的耦合效率为多少？ 1.画出LD的结构框图，并说明各部分的功能？ 2.如何实现LD的粒子数反转？

3.什么是LD的内量子效率？外量子效率？微分量子效率？

4.已知LD的波长为1.31mm，微分量子效率为10%，求该LD的P-I曲线的斜率？ 5.何谓单模激光和多模激光？边模抑制比是如何定义的？ 1.何谓QW-LD？ 2.何谓FB-LD？ 3.何谓DFB-LD？ 4.何谓DBR-LD？ 5.何谓VCSE-LD？ 3.2

1.光端机的功能是什么？

2.画出光端机的基本组成框图并说明各个部分输入输出何种码型的信号？

1. 画出光发送电路的框图，说明各单元的功能？

2. 什么是光纤数字通信系统中的脉冲编码-强度调制（PCM-IM）？ 3. 何谓光发送电路的消光比？

1. 将“1010000000001”转换为HDB3码。 2. 将“1000011000001”转换为CMI码。 3. 将下列HDB3码还原原来NRZ码。

V?0V? 1. HDB3输入接口电路中输入和输出的各为什么信号？

1. 何谓光纤线路码型？ 2. 何谓冗余度？

3. 何谓mBnB码？何谓码字数字和（WDS）？

4. 根据下表规则(模式1和模式2交替使用)，画出“1001100111”的1B2B码波形，最长连码数为多少？

1. 何谓光纤线路码型？ 2. 何谓冗余度？

3. 何谓mBnB码？何谓码字数字和（WDS）？

4. 根据下表规则(模式1和模式2交替使用)，画出“1001100111”的1B2B码波形，最长连码数为多少？

输出2B 输入1B 0 1 模式1 01 00 模式2 01 11 4.1

1.说出若干光电检测器件。

2.光纤通信中通常选用什么光电检测器件？ 3.PD和PMT分别代表什么光电检测器？

4.PD的工作原理是什么？一般PD有什么缺点？

5.半导体PD工作时需要外加正向偏压还是反向偏压？

Example1: A photodiode is constructed of GaAs, which has a band-gap energy of 1.43eV at 300K. What is the cutoff wavelength?

hc1.24hc1.24?C(?m)???C(?m)???0.869?m

EgEg(eV)EgEg(eV)

Example2: In a 100-ns pulse, 6×106 photons at a wavelength of 1300nm fall on an InGaAs photodetector. On the average, 5.4×106 electron-hole pairs are generated. What is the quantum efficiency?

number of electron-hole generated ??number of incident photons

5.4*106 ??0.966*10

Example3: Photons of energy 1.53×10-19 J are incident on a photodiode which has a responsivity of 0.65A/W. If the optical power level is 10mW, calculate the photocurrent Ip?RPin?(0.65A/W)(10?W)?6.5?A

Example4: As show in right figure, for the wavelength range 1300-1600nm, the quantum efficiency of InGaAs is around 90 percent. What is the responsivity at 1300nm?

?e??Ip/eRR?? in A/W,??R?0.92A/Whv1.24Pin/hv ? in ?m

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