1、習(xí)題一1光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么？ 答：優(yōu)點(diǎn)有：帶寬資源豐富，通信容量大；損耗低，中繼距離長(zhǎng)；無串音干擾，保密性好；適應(yīng)能力強(qiáng)；體 積小、重量輕、便于施工維護(hù)；原材料來源豐富，潛在價(jià)格低廉等。 缺點(diǎn)有：接口昂貴，強(qiáng)度差，不能傳送電力，需要專門的工具、設(shè)備以及培訓(xùn)，未經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)等。 2光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？ 答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖鏈路。光發(fā)射機(jī)由模擬或數(shù)字電接口、電壓電流驅(qū)動(dòng)電路和光源組件組成。光源組件包括光源、光源光纖耦合 器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組成。模擬或數(shù)字電接的作用是實(shí)現(xiàn)口阻抗匹配和信號(hào)電平匹配（限制輸入信號(hào)的振幅）

2、作用。光源是LED或LD,這兩種二極管的光功率與驅(qū)動(dòng)電流成正比。電壓電流驅(qū)動(dòng)電路是輸入電路與光源間的電接口，用來將輸入 信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動(dòng)光源。光源光纖耦合器的作用是把光源發(fā)出的光耦合到光纖或光纜中。光接收機(jī)由光檢測(cè)器組件、放大電路和模擬或數(shù)字電接口組成。光檢測(cè)器組件包括一段光纖（尾纖或光纖跳 線）、光纖光檢波器耦合器、光檢測(cè)器和電流電壓轉(zhuǎn)換器。光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。常用的器件有PIN和APD然后再通過電流一電壓轉(zhuǎn)換器，變成電壓信號(hào)輸出。模擬或數(shù)字電接口對(duì)輸出電路其阻抗匹配和信號(hào)電平匹配作用。光纖鏈路由光纖光纜、光纖連接器、光纜終端盒、光纜線路盒和中繼器等組成。光纖光纜由石英

3、或塑料光纖、金屬包層和外套管組成。光纜線路盒：光纜生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的光纜一般為2km一盤，因而，如果光發(fā)送與光接收之間的距離超多2km時(shí)，每隔2km將需要用光纜線路盒把光纜連接起來。光纜終端盒：主要用于將光纜從戶外（或戶內(nèi)）引入到戶內(nèi)（或戶外），將光纜中的光纖從光纜中分出來，一般放置在光設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)。光纖連接器：主要用于將光發(fā)送機(jī)（或光接收機(jī)）與光纜終端盒分出來的光纖連接 起來，即連接光纖跳線與光纜中的光纖。3 .假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達(dá)1%勺載波頻率的比特率下工作，試問在5GHz的微波載波和1.55卩m的光載波上能傳輸多少路 64kb/s 的音頻信道？解：根據(jù)題意，求得在 5GHz的微波載波下，

4、數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為 50Mb/s，則能傳輸781路64kb/s的音 頻信道。根據(jù)題意，求得在 1.55卩m的光載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為 1.935Gb/s，則能傳輸30241935 路 64kb/s 的音頻信道。4. SDH體制有什么優(yōu)點(diǎn)？答：（1） SDH傳輸系統(tǒng)在國際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口，使網(wǎng)管系統(tǒng)互通， 因此有很好的橫向兼容性，它能與現(xiàn)有的準(zhǔn)同步數(shù)字體制（PDH完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào)，形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性；（2）SDH接入系統(tǒng)的不同等級(jí)的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它利用

5、軟件能將高速信號(hào)一次直接分插出低速支路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了一次復(fù)用的特性，克服了PDH準(zhǔn)同步復(fù)用方式對(duì)全部高速信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)分解然后再生復(fù)用的過程，由于大大簡(jiǎn)化了數(shù)字交叉連接（DXQ,減少了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透明性；（3） 由于采用了較先進(jìn)的分插復(fù)用器（ADM、數(shù)字交叉連接（DXC、網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非常強(qiáng)大，具有較強(qiáng)的生存率。因SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了信號(hào)的 5%開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強(qiáng)大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化、智能化、信道的利用率以及降低網(wǎng)絡(luò)的維管費(fèi)和生存能力起到 了積極作用；（4）由于SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，它能

6、增強(qiáng)網(wǎng)監(jiān)，運(yùn)行管理和自動(dòng)配置功能， 優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行靈活、安全、可靠，使網(wǎng)絡(luò)的功能非常齊全和多樣化；（5）SDH有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過功能塊的自由組合，實(shí)現(xiàn)了不同層次和各種拓?fù)?結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，十分靈活；（6） SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線、同軸電纜，但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。這 一特點(diǎn)表明，SDH既適合用作干線通道，也可作支線通道。例如，我國的國家與省級(jí)有線電視干線網(wǎng)就是采用SDH而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)（HFC）相兼容；(7) 從OSI模型的觀點(diǎn)來看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對(duì)其高層有嚴(yán)格的限制，便于在SDH上采用 各

7、種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持 ATM或 IP傳輸；(8) SDH是嚴(yán)格同步的，從而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復(fù)用和調(diào)整；(9) 標(biāo)準(zhǔn)的開放型光接口可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。5 簡(jiǎn)述未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)。答：全光網(wǎng)絡(luò)將成為繼純電纜網(wǎng)絡(luò)、光電耦合網(wǎng)絡(luò)后的第三代網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才 進(jìn)行電/光和光/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過程中始終以光的形式存在，因此在整個(gè)傳輸過程中沒 有電的處理。全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要有光放大中繼技術(shù)、光復(fù)用技術(shù)、光交換技術(shù)、光分插復(fù)用技術(shù)等。6 .簡(jiǎn)述WDM勺概念。答：波分復(fù)用的基本思想是將工作波長(zhǎng)略微不同、各自攜帶了

8、不同信息的多個(gè)光源發(fā)出的光信號(hào)，一起注入到同一根光纖中進(jìn)行傳輸。7 .解釋光纖通信為何越來越多地采用WDM+EDF方式。答：采用 WDM技術(shù)的原因是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的，它有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 充分利用了光纖的巨大帶寬資源；(2) 同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)；(3) 實(shí)現(xiàn)單根光纖雙向傳輸；(4 )多種應(yīng)用形式；(5 )節(jié)約線路投資；(6)降低器件的超高速要求。采用EDFA技術(shù)的原因是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的，它有如下優(yōu)點(diǎn)：(1 )中繼器的價(jià)格下降了；(2) 對(duì)傳送的數(shù)據(jù)速率和調(diào)制格式透明，這樣系統(tǒng)只需改變鏈路的終端設(shè)備就很容易升級(jí)到高的速率；(3) 可以同時(shí)放大多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，使波分復(fù)用(WDM的實(shí)現(xiàn)成為

9、可能；(4) 提供了系統(tǒng)擴(kuò)容的新途徑，無需增加光纖和工作的速率，只需通過增加波長(zhǎng)就可提高系統(tǒng)的容量；(5) 最關(guān)鍵的是系統(tǒng)的成本下降了。8.全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：能充分利用光纖的帶寬資源，故容量大，傳輸質(zhì)量好，開放性，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透明性，可靠性高，可維護(hù)性好。習(xí)題二1.光波從空氣中以角度=33 °投射到平板玻璃表面上，這里的Y是入射光與玻璃表面之間的夾角。根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好為90。，請(qǐng)問玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？解：入射光與玻璃表面之間的夾角二=

10、33°，則入射角P =57°，反射角 乙=57 °。由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為 90°,所以折射角-33 °。由折射定律 ni sinp =ny sin 弓，得到 ny 二 sin / sin 丁y 二 sin67 / sin33 (自己用 matlab 算出來)1其中利用了空氣折射率 冷=1。這種玻璃的臨界角為 乙=arcsin(自己用matlab算出來)ny2 .計(jì)算n1 =1.48及n2 =1.46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介質(zhì)折射率n =1.00，則允許的 最大入射角gax為多少?解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為NA

11、 =sinmax = n2 _n； : 0.24允許的最大入射角tax =arcsin 0.24自己用matlab算出來3 弱導(dǎo)階躍光纖纖芯和包層折射率分別為g =1.5 , n2 =1.45，試計(jì)算（1）纖芯和包層的相對(duì)折射率 厶；2）光纖的數(shù)值孔徑 NA 。解：階躍光纖纖芯和包層的相對(duì)折射率差為2 22 °-03光纖的數(shù)值孔徑為 NA =抵_n； :- 0.38纖芯半徑a =25m，若,=1m ,4 已知階躍光纖纖芯的折射率為n1 =1.5，相對(duì)折射（指數(shù)）差厶=0.01 ,計(jì)算光纖的歸一化頻率 V及其中傳播的模數(shù)量解：光纖的歸一化頻率 V = a n； - n20V2光纖中傳播

12、的模數(shù)量 M :-55425 一根數(shù)值孔徑為 0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長(zhǎng)上可以支持其纖芯直徑為多少？在1310 nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模？在1550nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模 ？a n 2二=33.31000個(gè)左右的傳播模式。試問:(1)(2)(3)解：(1)由 V = a n2 -n； 入2 a NA ,得到纖芯直徑為1a2 二 NA 2 :_2M!0.85 2000130.27NA2 二0.20(2)當(dāng)-2 =1.32m,有'1,2M! _ '22M2NA 2s.NA32 2得到模的個(gè)數(shù)為 M2二篤 M1二0.85 21000 =421為 (1.31 )

13、23 = 2 M 1'2（3）當(dāng)-2 =1.55心，得到模的個(gè)數(shù)為 M '20.852 1000 =3541.556 用纖芯折射率為n1 =1.5，長(zhǎng)度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率f0 =8MHz的光脈沖，經(jīng)過該光纖后,信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，試估算光纖的長(zhǎng)度解：信號(hào)的周期為T =1/ f0信號(hào)在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹関 = c / 口由于信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，則光纖的長(zhǎng)度E丄n12 fo3 1086 = 12.5m1.52 8 10多大？ ( 2)若取芯徑a=5m，保證單模傳輸時(shí)，厶應(yīng)怎么選擇？解：(1)由歸一化頻率 V二竺a. n； _n'二蘭a " 2二得到

14、a =上°V=h vh2 兀 nVSi為了保證光纖中只能存在一個(gè)模式，則要求V :：: 2.405，則要求光纖纖芯半徑0 2.4051.312.405a0.47m2兀 n&22兀 1.5匯屮'2><0.25g(2)若取芯徑a=54m，保證單模傳輸時(shí)，則 =丄21乞2(2兀 na ,21（畫0 2.405 :<2限兀 nia:-0.0028.漸變光纖的折射指數(shù)分布為n(r )=n(0 )12糾-1/2二求光纖的本地?cái)?shù)值孔徑。NA(r )= Jn2(r )一n2 (a )= 2An2(0"丄'丨9 .某光纖在1300nm處的損耗為0.6

15、dB/km，在1550nm波長(zhǎng)處的損耗為0.3dB/km。假設(shè)下面兩種光信號(hào) 時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm波長(zhǎng)的150的光信號(hào)和1550nm波長(zhǎng)的100-W的光信號(hào)。試問這兩種光信號(hào)在和20km處的功率各是多少？以W為單位。解：對(duì)于1300nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，在 8km和20km處的功率各是解：漸變光纖纖芯中某一點(diǎn)的數(shù)值孔徑為P。=R10鍛/10 =150匯10亠48帥,150匯102咖對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，在 8km和20km處的功率各是P。二R10/10 =100 10°24W，100 10"W10. 一段12km長(zhǎng)的光纖線路，其損耗為 1.5dB/km。試回答:(1

16、) 如果在接收端保持(2) 如果光纖的損耗變?yōu)?解：(1)根據(jù)損耗系數(shù)定義叫 ilg -L巳得到發(fā)送端的功率至少為0.3W的接收光功率，則發(fā)送端的功率至少為多少?2.5dB/km，則所需的輸入光功率為多少？R =R10 亠/10 =0.3 10.8w(2)如果光纖的損耗變?yōu)?2.5dB/km，則所需的輸入光功率為巳=R10 雀/10 =0.3勺011 .有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的5km長(zhǎng)的光纖鏈路，纖芯折射率n =1.49，相對(duì)折射率差厶=0.01(1) 求接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差；(2) 求由模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬；(3) 假設(shè)最大比特率就等于帶寬，則此光纖的帶寬距離積是多

17、少？解：(1)纖芯和包層的相對(duì)折射率差 為2 22nj= 0.01同8km則得到67n2 =1.475接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差23$Ln1 »5x10小 c* c *cn2-80.01 =0.1133 x108 x1.475(2) 模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實(shí)際上就等于最快和最慢的模式之間的時(shí)延差.2、.T 二上.：0.113cn28(3) 光纖的帶寬距離積 BL二仝 4 3 10 2 =8.05km Gb/s mA1.49X0.0112.有10km長(zhǎng)NA =0.30的多模階躍折射光纖，如果其纖芯折射率為1.45，計(jì)算光纖帶寬。解：纖芯和包層的相對(duì)折射率為1 NA丿1空2

18、 1.45J ：-0.021由階躍光纖的比特距離積BL彳，得到光纖帶寬B C 49Mb /s 2n r :L習(xí)題三1計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)為 =1m的光子能量，分別對(duì) 1MHz和100MHz的無線電做同樣的計(jì)算。 解：波長(zhǎng)為的光子能量為8E=hfc=hc/?；.=6.63 104J s 3 10m/1.99 100J10 m對(duì)1MHz和100MHz的無線電的光子能量分別為E =hfc =6.63 10 少 J s 1 106 Hz =6.63 10 少 J_346_26E =hfc =6.63 漢10 J 3000 00 Hz =6.6310 J2太陽向地球輻射光波，設(shè)其平均波長(zhǎng) =0.7m，射到地球外

19、面大氣層的光強(qiáng)大約為| =0.14W/cm2。如果恰好在大氣層外放一個(gè)太陽能電池，試計(jì)算每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。 解：光子數(shù)為I4 Ihc4n1010hfc3480.14 6.63 103 10“416610 =3.98 100.7 103 .如果激光器在冬=0.5上工作,輸出1W的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)。解：粒子數(shù)為n-丄二些663 10'3 108 =3.98 101 hfc0.5 104 .光與物質(zhì)間的相互作用過程有哪些?答：受激吸收，受激輻射和自發(fā)輻射。5 什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大?答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高

20、能級(jí)粒子布居數(shù)大于低能級(jí)的粒子布居數(shù)。處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)(叫 激活介質(zhì))可實(shí)現(xiàn)光放大。6 什么是激光器的閾值條件？答：閾值增益為2L其中是介質(zhì)的損耗系數(shù)，ri,r2分別是諧振腔反射鏡的反射系數(shù)。當(dāng)激光器的增益G- Gh時(shí)，才能有激光放出。(詳細(xì)推導(dǎo)請(qǐng)看補(bǔ)充題 1、2)7. 由表達(dá)式E =hc/ 說明為什么LED的FWHM功率譜寬度在長(zhǎng)波長(zhǎng)中會(huì)變得更寬些？hc證明：由E =hc/ 得到 E . P：-,于是得到,2E，可見當(dāng) Ehc定時(shí)，厶與 2成正比。8試畫出APD雪崩二極管結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場(chǎng)區(qū)及耗盡層的范圍。解：先把一種高阻的 P型材料作為外延層，沉積在 P+材料上(P+是P型重?fù)?/p>

21、雜)，然后在高阻區(qū)進(jìn)行 P型擴(kuò)散或電離摻雜(叫 n層),最后一層是一個(gè) N+ (N+是N型重?fù)诫s)層。咼場(chǎng)區(qū)是P區(qū)，耗盡區(qū)是 Pn區(qū)。9 .一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。假設(shè)所以的電 子都被收集，那么(1) 計(jì)算該器件的量子效率；(2) 在0.8m波段接收功率是10 JW，計(jì)算平均是輸出光電流；(3) 計(jì)算波長(zhǎng)，當(dāng)這個(gè)光電二極管超過此波長(zhǎng)時(shí)將停止工作，即長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn)c。解：(1)量子效率為=1/3 =0.33I / e I hv(2)由量子效率p匕巴得到Pn /hV 凡 eI p/eePn =2.2 10A = 22nAPn / hvhcN+P+(3) Ga

22、AsPIN的禁帶寬度為Eg二1.424eV，則截止波長(zhǎng)為'（丄 m）1.24Eg1.241.424= 0.87lm10. 什么是雪崩增益效應(yīng)？答：一次光生載流子穿過一個(gè)具有非常高的電場(chǎng)高場(chǎng)區(qū)。在這個(gè)高場(chǎng)區(qū)，光生電子一空穴可以獲得很高 的能量。他們高速碰撞在價(jià)帶上的電子，使之電離，從而激發(fā)出新的電子一空穴對(duì)。新產(chǎn)生的的載流子同樣 由電場(chǎng)加速，并獲得足夠的能量，從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫雪崩效應(yīng)。11. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%計(jì)算在1.3"m和1.55"m波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度，說明為什么在1.55"m 處光電二極管比較靈敏。解：1.3m時(shí)的

23、響應(yīng)度為 R 匕也二08 口 =o.84A/W ；1.241.24九(Am) 0.8漢1.551.55m時(shí)的響應(yīng)度為 R1A/W。1.241.24因?yàn)轫憫?yīng)度正比于波長(zhǎng)，故在1.55m處光電二極管比131 m處靈敏。12. 光檢測(cè)過程中都有哪些噪聲？答：量子噪聲，暗電流噪聲，漏電流噪聲和熱噪聲。補(bǔ)充題1 .一束光在介質(zhì)中傳播時(shí)，其光強(qiáng) I隨傳播距離z的變化通常表示為I =1代2一心，其中I0為初始光強(qiáng)，G為光強(qiáng)增益系數(shù)，:為光強(qiáng)損耗系數(shù)。試推到這個(gè)式子，并說明此式成立條件。解：設(shè)光束通過厚度為dz的一層介質(zhì)時(shí)，其光強(qiáng)由I變?yōu)镮dl，在光放大時(shí)dl .0,可寫成dl =Gldz , 即dI / I

24、 =Gdz，若G為常數(shù)，則積分得到I二I0eGz ；在衰減時(shí)，dI <0，可寫成dl - 一 Idz，即dl / I - 一 dz，若為常數(shù)，則積分得到| = |代一"；所以，當(dāng)光放大和光衰減同時(shí)存在時(shí)，便有I =l0e(G)z。顯然，此式成立的條件是：G, 都與I, z無關(guān)。補(bǔ)充題2 .設(shè)LD的光學(xué)諧振腔長(zhǎng)為 L ,諧振腔前、后鏡片的光強(qiáng)反射系數(shù)分別為r1, r2，諧振腔介質(zhì)的光強(qiáng)損耗系數(shù)為諧振腔的光強(qiáng)增益系數(shù)為G，試證明：激光所要求的諧振條件(閾值增益條件)為1 1GIn2L申2解：在諧振腔內(nèi)任取一點(diǎn)z，此點(diǎn)光強(qiáng)I (z)，該光強(qiáng)向右傳播到前鏡片，經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片，

25、再經(jīng)過反射向右傳播回到Z點(diǎn)，則光強(qiáng)變?yōu)镮(Z 2L) = Ir2e(Gr)2L顯然，產(chǎn)生激光的條件為返回z點(diǎn)的光強(qiáng)要大于 z點(diǎn)發(fā)出的光強(qiáng)I (z 2L) _ I (z)1 1即 I (z)rr2e(G 一沁 一 I ，得到 r2e(G72L -1，因而 G 一一ln 2L 億1 1記Gthln，是諧振腔的總損耗，只有增益GGth時(shí)，才能產(chǎn)生激光，故把 Gth叫激光器的閾值2Lr1r2條件。習(xí)題四1 .光纖的連接損耗有哪些？如何降低連接損耗？答：光纖連接器引入的損耗有插入損耗(insertion loss)和回波損耗(return loss)。插入損耗是由光纖端接缺陷造成的光信號(hào)損失，插入損耗越

26、小越好。回波損耗是由于光波在光纖端接的界面處產(chǎn)生菲涅耳反射， 反射波對(duì)光源造成干擾，故回波損耗越大越好。ITU建議回波損耗值不小于38dB。由徑向偏移產(chǎn)生的損耗比縱向偏移大得多，因而首先要保證光纖軸心對(duì)準(zhǔn)、靠緊。2 試用2X2耦合器構(gòu)成一個(gè) 8X8空分開關(guān)陣列，畫出連接圖和輸入、輸出端口信號(hào)間的流向，計(jì)算所需 要開關(guān)數(shù)。i±r jfxsZ y x x if )5lXj3ZJ *l>解：由MN8log2 N，得到 M|og28 =12二2 23 討論圖4.19所示平面陣列波導(dǎo)光柵的設(shè)計(jì)思想和方法。答：集成陣列波導(dǎo)光柵由輸入/輸出波導(dǎo)、星型波導(dǎo)和陣列波導(dǎo)三部分組成。輸入、星型波導(dǎo)與

27、陣列波 導(dǎo)組成一個(gè)相位控制器，使得到達(dá)衍射光柵的光波相位與光的輸入端口和光波長(zhǎng)有關(guān)。與陣列波導(dǎo)輸出端面 相連的星型波導(dǎo)的輸入端面充當(dāng)衍射光柵的作用。每個(gè)陣列中的波導(dǎo)正對(duì)中心的輸入/輸出波導(dǎo)，端面展開 以減小耦合損耗，陣列波導(dǎo)數(shù)要保證所有衍射光能被收集。這樣從輸入波導(dǎo)進(jìn)來的光就能被無畸變（或畸變小）傳輸?shù)捷敵霾▽?dǎo)。波導(dǎo)陣列中相鄰波導(dǎo)間的長(zhǎng)度差為常數(shù)，對(duì)入射光的相位周期性地調(diào)制。4 .簡(jiǎn)述光耦合器和 WDM分波器有什么不同？答：光纖耦合器是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分路 /合路的功能器件，一般用于把一個(gè)輸入光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把 多個(gè)輸入光信號(hào)組合成一個(gè)輸入。耦合器大多與波長(zhǎng)無關(guān)，與波長(zhǎng)相關(guān)的耦合器專稱為波分

28、復(fù)用器/解復(fù)用器。5 光濾波器有哪些種類？濾波器應(yīng)用在什么場(chǎng)合？答：光濾波器種類有：1.F-P腔型光濾波器：光纖型 F-P腔濾波器，鐵電液晶光濾波器，微機(jī)械F-P濾波器；2馬赫-曾德干涉型光濾波器：3基于光柵的濾波器：聲光可調(diào)濾波器，電光可調(diào)濾波器，光柵濾波器， 光纖布拉格光柵濾波器；4.介質(zhì)膜濾波器；5.有源濾波器；6.原子共振濾波器。光濾波器主要應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中。6 光開關(guān)有哪些性能參數(shù)？在光纖通信中有什么作用？答：光開關(guān)的性能參數(shù)有：開關(guān)速度，通斷消光比，插入損耗，串?dāng)_，偏振依賴損耗。光開關(guān)是空分光 交換（SDOS）的核心器件，它通過機(jī)械、電或光的作用進(jìn)行控制，能使輸入端任一信道按照

29、要求與輸出端 任一信道相連，完成信道在空間位置上的交換。7 .簡(jiǎn)述F-P腔可調(diào)諧濾波器的工作原理。壓電R椅圖1光纖31F-P腔謔波黯答：F-P腔可調(diào)諧濾波器的種類：光纖型F P腔濾波器、鐵電液晶光濾波器以及MEMS濾波器。這里就以光纖型F P腔（FFP）濾波器為例說說它的工作原理。光纖型F P腔（FFP）濾波器如圖所示。圖中兩根光纖相對(duì)的端面鍍膜以增強(qiáng)反射率，形成FP光學(xué)諧振腔。在光纖型FP腔濾波器中利用了壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，通過改變外加電壓的大小改變壓電陶瓷的長(zhǎng)度，從而改變了由光纖構(gòu)成的F P諧振腔的腔長(zhǎng)，造成諧振波長(zhǎng)改變，實(shí)現(xiàn)了用電信號(hào)來選通光波長(zhǎng)。8. 討論光纖光柵在光通信中的應(yīng)用？答：

30、光纖激光器、 WDM合波/分波器、超高速系統(tǒng)的色散補(bǔ)償器、EDFA增益均衡器等。9如果濾波器的中心波長(zhǎng)為 = 1300nm,n= 0.07，根據(jù)式（4.15 ）,則光柵周期人為多少？解：由公式 - . . :n 得到一I =，/. ： n = 1300 / 0.07 = 18571 nm。10. NLOM是否可作光開關(guān)？答：可以。當(dāng)傳輸光纖有行進(jìn)的光波時(shí)，在耦合器中耦合進(jìn)光纖環(huán)，并繞環(huán)行進(jìn)一周后又返回耦合器， 繞環(huán)后的光波與來自傳輸光纖的光波之間將產(chǎn)生相移，相移的大小由環(huán)的長(zhǎng)度和光波的波長(zhǎng)決定。因此，這 兩個(gè)光波之間將產(chǎn)生相長(zhǎng)或相消干涉，利用這個(gè)原理，可以用非線性光纖環(huán)鏡來選擇所需的信號(hào)：對(duì)于

31、不需 要的波長(zhǎng)信號(hào)，讓其相移為 180 °對(duì)于需要的波長(zhǎng)信號(hào)，讓其相移為 360°。習(xí)題五1 .光放大器包括哪些種類？簡(jiǎn)述它們的原理和特點(diǎn)。EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：光放大器包括半導(dǎo)體光放大器、光纖放大器（由可分為非線性光纖放大器和摻雜光纖放大器）。1）半導(dǎo)體光放大器它是根據(jù)半導(dǎo)體激光器的工作原理制成的光放大器。將半導(dǎo)體激光器兩端的反射腔去除，就成為沒有反 饋的半導(dǎo)體行波放大器。它能適合不同波長(zhǎng)的光放大，缺點(diǎn)是耦合損耗大，增益受偏振影響大，噪聲及串?dāng)_ 大。2）光纖放大器（1）非線性光纖放大器強(qiáng)光信號(hào)在光纖中傳輸，會(huì)與光纖介質(zhì)作用產(chǎn)生非線性效應(yīng)，非線性光纖放大器就是利用這些非線

32、性效 應(yīng)制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA ）和受激布里淵放大器（SBA ）兩種。（2）摻雜光纖放大器（常見的有摻鉺和摻鐠光纖放大器）在泵浦光作用下，摻雜光纖中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，從而使光信號(hào)得到放大。EDFA優(yōu)點(diǎn)：高增益、寬帶寬、低噪聲及放大波長(zhǎng)正好是在光纖的最低損耗窗口等。2 . EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：EDFA的三種泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向泵浦：信號(hào)光和泵浦光經(jīng)WDM復(fù)用器合在一起同向輸入到摻鉺光纖中，在摻鉺光纖中同向傳輸；反向泵浦：信號(hào)光和泵浦在摻鉺光纖中反向 傳輸；雙向泵浦：在摻鉺光纖的兩端各有泵浦光相向輸入到摻鉺光纖中。同向

33、泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB5dB。這是因?yàn)樵谳敵龆说谋闷止獗容^強(qiáng)可以更多地轉(zhuǎn)化為信號(hào)光。而雙向泵浦又比反向泵浦輸出信號(hào)提高約3dB，這是因?yàn)殡p向泵浦的泵功率也提高了 3dB。其次，從噪聲特性來看，由于輸出功率加大將導(dǎo)致粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的下降，因此在未飽和區(qū)，同向泵 浦式EDFA的噪聲系數(shù)最小，但在飽和區(qū)，情況將發(fā)生變化。不管摻鉺光纖的長(zhǎng)度如何，同向泵浦的噪聲系 數(shù)均較小。最后，考慮三種泵浦方式的飽和輸出特性。同向EDFA的飽和輸出最小。雙向泵浦EDFA的輸出功率最大，并且放大器性能與輸出信號(hào)方向無關(guān)，但耦合損耗較大，并增加了一個(gè)泵浦，使成本上升。3. 一個(gè)EDFA功率放大器

34、，波長(zhǎng)為1542nm的輸入信號(hào)功率為 2dBm得到的輸出功率為 陽=27dBm，求放大 器的增益。解：G= 10log10 （Pout/Pin） = 10log10Pout -10log10Pin=27-2=25dB4 .簡(jiǎn)述FBA與FRA間的區(qū)別。為什么在 FBA中信號(hào)與泵浦光必須反向傳輸？答：FBA與FRA間的區(qū)別：1、FRA是同向泵浦，F(xiàn)BA是反向泵浦；2、 FRA產(chǎn)生的是光學(xué)聲子，F(xiàn)BR產(chǎn)生的是聲學(xué)聲子，3、FRA比FBA的閾值功率大；4、FRA比FBA的增益帶寬大。在SBA中，泵浦光在光纖的布里淵散射下，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光，方向與泵浦光傳播方向相反。如果這個(gè)斯托克斯光與信號(hào)光同頻、

35、同相，那么信號(hào)光得到加強(qiáng)。故要使信號(hào)光得到放大，信號(hào)光應(yīng)與泵浦光方 向相反。5 .一個(gè)長(zhǎng)250卩m的半導(dǎo)體激光器用做 F-P放大器，有源區(qū)折射率為 4,則放大器通帶帶寬是多少？此題可能有誤，半導(dǎo)體光放大器的通帶帶寬目前還沒找到公式計(jì)算。6. EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用形式有哪些？答：（1）作為光中繼器，用 EDFA可代替半導(dǎo)體光放大器，對(duì)線路中的光信號(hào)直接進(jìn)行放大，使得全光通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。（2）作為前置放大器，由于 EDFA具有低噪聲特點(diǎn)，因而如將它置于光接收機(jī)的前面，放大非常微弱的光信號(hào)，則可以大大提高接收機(jī)靈敏度。（3）作為后置放大器，將 EDFA置于光發(fā)射機(jī)的輸出端，則可用來提高發(fā)

36、射光功率，增加入纖功率，延長(zhǎng)傳輸距離。7. EDFA的主要性能指標(biāo)有哪些？說明其含義？答：（1）增益，是指輸出功率與輸入功率之比G=P°ut/Pin，如果用分貝作單位定義為 G=1Olog!0（卩應(yīng)/島）；（2）噪聲系數(shù)，是指輸入信號(hào)的信噪比與輸出信號(hào)的信噪比Fn=（ SNR） in/ （ SNR） out 。8 分別敘述光放大器在四種應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)各自的要求是什么？答：（1）在線放大器：當(dāng)光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲的累積，尚未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時(shí)，用在線放大器代替光電光混合中繼器是完全可以的。特別是對(duì)多信道光波系統(tǒng)，節(jié)約大量設(shè)備投資。（2）后置放大器：將光放大器接在光發(fā)送機(jī)后，

37、以提高光發(fā)送機(jī)的發(fā)送功率，增加通信距離。（3）前置放大器：將光放大器接在光接收機(jī)前，以提高接收機(jī)功率和信噪比，增加通信距離。（4 ）功率補(bǔ)償放大器：功率補(bǔ)償放大器的運(yùn)用場(chǎng)合：A.用于補(bǔ)償局域網(wǎng)中的分配損耗，以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；B.將光放大器用于光子交換系統(tǒng)等多種場(chǎng)合。9 .敘述SOA-XGM波長(zhǎng)變換的原理。答：探測(cè)波%和泵浦波經(jīng)耦合注入到 SOA中，SOA對(duì)入射光功率存在增益飽和特性：當(dāng)入射光強(qiáng)增加時(shí)，增益變小；當(dāng)入射光強(qiáng)減小時(shí)，增益變大。因此，當(dāng)受過調(diào)制的泵浦波注入SOA時(shí)，泵浦波將調(diào)制SOA的增益，這個(gè)增益又影響探測(cè)波的強(qiáng)度變化，使得探測(cè)波的強(qiáng)度按泵浦波的強(qiáng)度變化，用帶通濾波器取 出變換后的

38、（信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)從p到、的全光波長(zhǎng)變換。習(xí)題六1.光接收機(jī)中有哪些噪聲？ 答：熱噪聲、散粒噪聲和自發(fā)輻射噪聲。2 . RZ碼和NRZ碼有什么特點(diǎn)？答：NRZ （非歸零碼）：編碼1對(duì)應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期，0對(duì)應(yīng)無光脈沖。RZ （歸零碼）：編碼1對(duì)應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期的一半，0對(duì)應(yīng)無光脈沖。NRZ碼的優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)頻寬窄，只是 RZ碼的一半；缺點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)連 “ 1或“0時(shí)，光脈沖沒有交替變換，接收時(shí)對(duì)比特時(shí)鐘的提 取是不利的。RZ碼解決了長(zhǎng)連“1的問題，但長(zhǎng)連 “0”問題沒解決。3 通信中常用的線路碼型有哪些？答：擾碼、mBnB碼、插入碼和多電平碼。4 .光源的外調(diào)制

39、都有哪些類型？?jī)?nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：光源的外調(diào)制類型有：電折射調(diào)制、電吸收 MQW調(diào)制、M-Z型調(diào)制。內(nèi)調(diào)制器簡(jiǎn)單且廉價(jià)，這種 調(diào)制會(huì)引起輸出光載波的頻率啁啾；外調(diào)制器可以有更高的速率工作，并且有較小的信號(hào)畸變。5. 假定接收機(jī)工作于 1550nm,帶寬為3GHz前置放大器噪聲系數(shù)為4dB,接收機(jī)負(fù)載為 & =100"，溫度T =300K，量子效率=1 , R =1.55/1.24 =1.25A/W , Gm h，設(shè)計(jì) BER =102，即 ：-7，試計(jì)算接收機(jī)的 靈敏度。解：接收機(jī)工作于1550nm，則電離系數(shù)比為kA =0.7 , Gm =1，則散粒噪聲系數(shù)為

40、1FA（GmkAGm （1 -kA）（2） ：-0.87Gm熱噪聲電流方差為吒二tBT FnBe （帶數(shù)據(jù)自己計(jì)算）Rl接收機(jī)靈敏度為YQ "|Pr = .|eBeFA （Gm（帶數(shù)據(jù)自己計(jì)算）R -Gm6在考慮熱噪聲和散粒噪聲的情況下，設(shè)APD的FA(Gm) =Gm , x. (0,1)，推導(dǎo)APD的Gm的最佳值Gopt，此時(shí)APD接收機(jī)的SNR最大。解：光接收機(jī)輸出端的信噪比定義為：SNR=光電流信號(hào)功率/ (光檢測(cè)器噪聲功率+放大器噪聲功率) 光檢測(cè)器的噪聲功率表示為2 2-散粒 = 4eGm Fa (Gm) RR Be其中Fa (Gm)是APD的散粒噪聲系數(shù)，下標(biāo) A表示AP

41、D的意思，Gm是APD的倍增因子(系數(shù))，R是相應(yīng) 度，R是靈敏度，Be是接收機(jī)電帶寬。假設(shè)放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻R，所以放大器電路的熱噪聲遠(yuǎn)小于Rl的熱噪聲，那么光檢測(cè)器負(fù)載電阻的均方熱噪聲電流為4kd_ RlFn Be其中Fn是放大器的噪聲因子(系數(shù))，kp是波爾茲曼常數(shù)，T是溫度。放大器輸入端的信號(hào)功率為ip；Gm，其中ip,是信號(hào)功率，ip是用PIN檢測(cè)到的信號(hào)電流。或把輸入放大器的信號(hào)功率表示為(GmRPR)2，其中Pr是輸入到PIN的功率。得到放大器輸入端的信噪比為SNR(GmRFR)4血詈幕設(shè)APD的Fa (Gm)二Gm，代入上式得到SNR二要使APD接收機(jī)的的最佳值為G

42、RR)24eGGmR耳 Be kBTFnBeRlSNR最大，可以求出一個(gè)最佳的 Gm值。通過信噪比對(duì)Gm求導(dǎo)，并使導(dǎo)數(shù)為零，解出 GGopt2kpTFn(xeRPR 丿7 .證明：對(duì)于 OOK直接檢測(cè)接收機(jī)，其誤碼率公式為BER =Q證明：“ 0”碼被誤判為“1”碼和“ 1”碼被誤判為“ 0”碼的幾率一樣，不妨就以“ 1”碼被誤判為“ 0” 碼為例來計(jì)算誤碼率。“1”碼被誤判為“ 0”碼的概率為BER 二 P0 1 =Q ! 1當(dāng)“0”碼被誤判為“1 ”碼和“ 1”碼被誤判為“ 0”碼的幾率一樣時(shí)，閾值電流為0 11 ' -1 1 01 th 一二0 =1代入上式得到BER =Q10

43、推導(dǎo)具有光放大器的光接收機(jī)的誤碼率BERQ _心 一。日(G -1)PnBe /證明：當(dāng)輸入為“ 1”碼時(shí)，有光輸入，光檢測(cè)器輸出的光生電流(均值電流)與入射光功率成正比IRGP在接收機(jī)中，信號(hào)與噪聲的差動(dòng)噪聲電流方差(“1”碼時(shí)光生電流方差)為2 2 .11 4R GPR i'G -1 Be0”碼時(shí)的光生電流I。=0，“ 0”碼時(shí)的光生電流方差為匯=0，代入BER =Q習(xí)題七1 商業(yè)級(jí)寬帶接收機(jī)的等效電阻Req =75"。保持發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的參數(shù)和圖7.5的例子相同，在接收機(jī)光功率范圍內(nèi)016dBm時(shí)計(jì)算總載噪比，并畫出相應(yīng)的曲線。類似于7.2.2節(jié)的推導(dǎo)，推出其載噪比的極

44、限表達(dá)式。證明當(dāng) Re 75 1時(shí)，任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過量子噪聲而成為起決定作用的噪聲因 素。2解：因?yàn)槭荘IN，所以G =1，由C2°.5(mRGF2)得到NRIN(RP)2Beq +2e(lp + lD)G2+<Beq +4kTFtBeq /ReqC 0.5(mRP)2NRIN(RP)2Beq 2e(lP l°)Beq 4kTFtBeq/Req再由一次光生電流IP = rP，得到C =0.5(mRP)2NRIN(RP)2Beq 2eRPBeq 2el°Beq 4kTFtBeq/Rq其中P是光檢測(cè)器接收到的平均光功率。把參數(shù) e =1.6 1

45、049C , R=0.6A/W , RIN =143dB / Hz , Beq=10MHz , lD=10 nA , k =1.38 10“3J/K , T =290K ,甩=75門,F 3dB代入上式，就得出 C/ N隨P變化的關(guān)系曲線 方程。當(dāng)接收機(jī)的光功率較低時(shí)，系統(tǒng)的噪聲主要是前置放大器電路的噪聲，于是載噪比為C 0.5(mRP)2N 4kTFt Beq / Req把P =OdBm =1mW代入可以求出其值。對(duì)于設(shè)計(jì)較好的光電二極管，與中等強(qiáng)度的接收光信號(hào)的散彈(量子)噪聲相比，體暗電流和表面暗電流產(chǎn)生的噪聲很小。因此在中等強(qiáng)度接收光信號(hào)條件下，系統(tǒng)噪聲主要是光電二極管的量子噪聲，此時(shí)

46、有：9 _ 0.5(mRp)2 _ 0.5(mRP)2 0.5(mRp)2 m2RpN 2e(lpD)Beq 2elpBeq2eRpQq4eBeq把P =OdBm =1mW代入可以求出其值。如果激光器的RIN值很高，反射噪聲將超過其他噪聲項(xiàng)，成為起主要作用的噪聲因素，于是載噪比為C 0.5(mRP)2NRIN(RP)2Beq把P =OdBm =1mW代入可以求出其值。當(dāng)Rq =75"時(shí)，熱噪聲為AkTFtBeq/R ；量子噪聲為2eRpQq。把把P =OdBm=1mW代入，得到4kTFt Beq / Req 2eRPBeq。即任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過量子噪聲而成為起決定作用

47、的噪聲因素。2 假設(shè)我們想要頻分復(fù)用60路FM信號(hào)，如果其中30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)m =3%，而另外30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)m =4%，試求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。f N/2“,I2小，1/2解：由 m = IJ： m2得到 m =(30 漢 0.03+40 漢 0.03 )。3 .假設(shè)一個(gè)SCM系統(tǒng)有120個(gè)信道，每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)為 2.3%;鏈路包括一根損耗為 1dB/km的12km長(zhǎng) 的單模光纖，每端有一個(gè)損耗為 0.5dB的連接器；激光光源耦合進(jìn)光纖的功率為 2mW光源的RIN=-135dB/Hz ; PIN光電二極管接收機(jī)的響應(yīng)度為 0.6A/W, B=5GHz I

48、d=10nA, Rq=50Q ,Ft=3dB。試求本系統(tǒng)的載噪比。(N 普1/2解：由 m = il：m2l 得到 m =(120X0.023 )。丿激光耦合進(jìn)光纖的功率為 P =2mW ,用dBm表示P Tg 2(dBm),光檢測(cè)器接收到的功率為P ,根據(jù):L 2 0.5 二 P - P，得到P = R - ： L -2 0.5其中損耗系數(shù)=1dB/km，長(zhǎng)度L =120km , 2 0.5為兩個(gè)連接器的損耗。由于是PIN，所以載噪比為C 0.5(mRP)2N RIN (RP)2 Beq 2e(IP ID)Beq 4kTFtBeq/Req把參數(shù) e=1.6 10“C , R=0.6A/W ,

49、 RIN=T43dB/Hz , Beq=5GHz , ID =10nA ,k -1.38 10J/K , T =290K , Ft =3dB 代入上式，就得出 C/ N 的值。4如果將題3中的PIN光電二極管用一個(gè) M =10和F(M)二M0.7的InGaAs雪崩光電二極管替代，那么 系統(tǒng)載噪比又是多少？解：用InGaAs雪崩光電二極管作為光檢測(cè)器，那么系統(tǒng)載噪比為C0.5(mRMP)2N = RIN(RP)2Beq 2e(Ip g)M2F(M)Beq 4kTFtBeq/Req其中雪崩增益 M =10，雪崩光電二極管過剩噪聲系數(shù)F(M) = M 0.7，其他參數(shù)不變，代入上式便得到系統(tǒng)的載噪比

50、。5 .假設(shè)一個(gè)有32個(gè)信道的FDM系統(tǒng)中每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)為4.4%，若RIN =-135dB / Hz，PIN光電二極管接收機(jī)的響應(yīng)度為 0.6A/W , B=5GHz, ID 10nA , Req =50" , Ft =3dB。(1) 若接收光功率為 -10dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比；(2) 若每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%,接收光功率減少到 -13dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比。f N V 21/ 2解：(1 )由 m = lE m2得到 m = (32漢 0. 03 3 ,參數(shù) e = 1.6x109C , R = 0.6A/W ,丿P= -10dBm , RIN =-135

51、dB/Hz , Beq =5GHz , lD=10nA , k =1.38 10,3J/K , T = 290K ,Req =50" , Ft =3dB代入上式，就得出 C/N的值。，2C =0.5(mRP)NRIN(RP)2Beq 2e(lP b)Beq 4kTFtBeq/Rq1/2 (2)將上式的m = 32 0.07, P= -13dBm ,代入上式很容易就求出載噪比。6 .一直有一個(gè)565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：(1) 光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1dB/km ,有5個(gè)接頭，平均每個(gè)接頭損耗為0.2dB ,光源的入纖功率為-3dBm,接收機(jī)靈敏度為-56

52、dBm ( BER=1019)。(2) 光纖線路上的線路碼型是 5B6B ,光纖的色散系數(shù)為 2ps/ ( km.nm),光源光譜寬度為 1.8nm。 求：最大中繼距離是多少？注：設(shè)計(jì)中選取色散(功率)代價(jià)為1dB ,光連接器損耗為1dB (發(fā)送和接收端各一個(gè))，光纖富于度為0.1dB/km ,設(shè)備富于度為 5.5dB。解：(1 )把 FS = -3dBm, &=-56dBm , ： c =1dB, = 0.2dB , M =5.5dB ,= 0.1dB/km ,:m =0.1dB/km代入.Ps -FR -2： c -5： s -M -1L =otf +otfm其中右邊分子上的1是指

53、色散(功率)代價(jià)。于是可通過計(jì)算得到損耗限制的最大中繼距離。(2) 受色散限制的最大傳輸距離為；106BD - 由于是單模光纖，所以.；：=0.100, D =2ps/(km.nm)，二，=1.8nm，分子上的106是為了和分母的 B的 扎單位相匹配，B的單位一定要用 Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出 L的值來。其中B = 565 6 = 678Mb / s。5求出受色散限制的最大傳輸距離，然后與損耗限制的最大中繼距離相比，取最小值，就是最大中繼距離。7 .一個(gè)二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)具有以下特性：(1) 單模光纖色散為 15ps/(nm.km)，損耗為0.2dB/km。(2) 發(fā)射機(jī)用 =1551 nm的GaAs激光源，發(fā)射平均光功率為5mW，譜寬為2nm,(3) 為了正常工作，APD接收機(jī)需要平均1000個(gè)光子/比特。(4) 在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)處耦合損耗共計(jì)3dBo求：a.數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時(shí)，找出受損耗限制的最大傳輸距離。b 數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時(shí)，找出受色散限制的最大傳輸距離。c 對(duì)這個(gè)特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩種限制。解：a。由“為了