例題講解和分析邯鄲學院光纖通信作業階躍型光纖纖芯折射率n1=1.5，包層折射率n2=1.48，在工作波長為1310nm條件下，要保證單模傳輸，纖芯的半徑如何選擇？一段12km長的光纖線路，其損耗為1.5dB/km，如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，則發射端的功率至少為多少dBm？對于某石英光纖，假設某光源發出光的中心波長0.85μm，譜線寬度30nm，試求單位距離上的脈沖展寬。如果光源的發射波長是1.55μm，譜線寬度不變，單位距離上的脈沖展寬又是多少？

附：該石英光纖在0.85μm和1.55μm處的色散系數分別為-105ps/(nm?km)和18ps/(nm?km)。第二章光纖作業階躍型光纖纖芯折射率n1=1.5，包層折射率n2=1.48，在工作波長為1310nm條件下，要保證單模傳輸，纖芯的半徑如何選擇？第二章光纖單模光纖:V≤2.405纖芯半徑應小于2.054μm

作業一段12km長的光纖線路，其損耗為1.5dB/km，如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，則發射端的功率至少為多少dBm？第二章光纖輸出光功率轉換為dBm形式

光纖線路損耗為

發射端功率至少為

注意單位dB、dBm

光纖線路損耗的絕對值為

作業對于某石英光纖，假設某光源發出光的中心波長0.85μm，譜線寬度30nm，試求單位距離上的脈沖展寬。如果光源的發射波長是1.55μm，譜線寬度不變，單位距離上的脈沖展寬又是多少？

附：該石英光纖在0.85μm和1.55μm處的色散系數分別為-105ps/(nm?km)和18ps/(nm?km)。第二章光纖光纖的色散系數光源的譜線寬度光纖的長度負號并不表示脈沖壓縮因此脈沖展寬通常寫為注意：解：作業

1.

一峰值波長在800nm的GaAs激光器，諧振腔長400μm，材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm<<850nm的范圍內都大于總損耗，試求此激光器中存在多個模式？(a)

有一GaAlAs半導體激光器，其諧振腔長500μm，腔內總吸收系數為10cm-1，兩端非涂覆解理面的反射率為32%，求在輻射閾值條件下的光增益;(b)

若在激光器的一端涂覆一層電介質反射材料，使其反射率變為90%，試求在輻射閾值條件下的光增益；

(c)

若它的內量子效率為0.65，試求(a)和(b)中的外量子效率。第三章光源與光電探測器諧振腔縱模限制作業1.

第三章光源與光電探測器諧振級數、頻率/波長間隔在受激輻射閾值以上，會建立起一個穩定的振蕩，返回的光波的幅度與相位都要和初始光波的相等。假設有兩個頻率為和的相鄰模式，則有作業1.

第三章光源與光電探測器諧振級數：滿足諧振的各個模式的諧振級數分別為：1.

一峰值波長在800nm的GaAs激光器，諧振腔長400μm，材料折射率n=3.6。如果增益g在750nm<<850nm的范圍內都大于總損耗，試求此激光器中存在多個模式？解法（1）嚴格解：滿足諧振的模式數為：個第三章光源與光電探測器波長間隔：滿足諧振的模式數約為：解法（2）估算：作業1.

第三章光源與光電探測器作業

(a)

有一GaAlAs半導體激光器，其諧振腔長500μm，腔內總吸收系數為10cm-1，兩端非涂覆解理面的反射率為32%，求在輻射閾值條件下的光增益;(b)

若在激光器的一端涂覆一層電介質反射材料，使其反射率變為90%，試求在輻射閾值條件下的光增益；

(c)

若它的內量子效率為0.65，試求(a)和(b)中的外量子效率。第三章光源與光電探測器激光振蕩閾值條件光學諧振腔存在兩個相反的過程：光增益和光損耗只有當光增益大于損耗時，才能建立穩定的激光振蕩輸出激光這個條件稱為激光器的閾值條件閾值增益系數，光學諧振腔長度，兩個反射面的功率反射系數，除兩個反射面透射損耗之外的所有損耗引起的衰減系數。所有損耗引起的衰減系數，作業2.

第三章光源與光電探測器外量子效率定義：外微分量子效率為超過閾值時每個電子－空穴對的復合所產生的光子數內量子效率.作業2.

第三章光源與光電探測器閾值增益系數，除兩個反射面透射損耗之外的所有損耗引起的衰減系數。

(a)

有一GaAlAs半導體激光器，其諧振腔長500μm，腔內總吸收系數為10cm-1，兩端非涂覆解理面的反射率為32%，求在輻射閾值條件下的光增益;解：建立穩定的激光振蕩的閾值條件將代入上式，得到第三章光源與光電探測器作業2.

或者利用公式作業2.

(b)

若在激光器的一端涂覆一層電介質反射材料，使其反射率變為90%，試求在輻射閾值條件下的光增益；第三章光源與光電探測器閾值增益變為：解:作業2.

解:外量子效率：已知根據可得第三章光源與光電探測器

(c)

若它的內量子效率為0.65，試求(a)和(b)中的外量子效率。作業1.

一個2×2定向耦合器的分光比是4:1，插入損耗是2dB，方向系數是40dB，計算每個端口的輸出功率與輸入功率的比是多少？

2.

用一個半導體激光器激勵長2.5km長的光纖。假設2.5km的總鏈路損耗是4dB，功率通過光纖的端面返回激光器，端面是平滑的，光纖末端將光輻射到空氣中。

(1)計算反射回激光器的光功率，也就是計算當光返回到LD時，反射信號與發射信號相比，下降的分貝數。

(2)光隔離器可以將題目中的反射功率減小50倍，問這個隔離器的隔離度是多少？第四章無源光器件X型（2×2）分路器分光比

(Splittingratio)方向系數

(Directioncoefficient)插入損耗

(Insertionloss)主要參數作業1第四章無源光器件X型（2×2）分路器方向性系數作業1則有插入損耗則有根據分束比則有解：第四章無源光器件X型（2×2）分路器作業1插入損耗解：第四章無源光器件作業2.

用一個半導體激光器激勵長2.5km長的光纖。假設2.5km的總鏈路損耗是4dB，功率通過光纖的端面返回激光器，端面是平滑的，光纖末端將光輻射到空氣中。

(1)計算反射回激光器的光功率，也就是計算當光返回到LD時，反射信號與發射信號相比，下降的分貝數。

(2)光隔離器可以將題目中的反射功率減小50倍，問這個隔離器的隔離度是多少？解：(1)光纖末端將光輻射到空氣中，端面的反射率為：則反射損耗為光信號兩次經過光纖傳輸，因此返回到激光器時，光功率下降的分貝數為(2)光隔離器可以將反射功率減小50倍，則其隔離度為第四章無源光器件作業假設有一個光纖通信系統，其中的LED發射10mW，0.85μm的光波；光纜損耗為20dB；PIN型光檢測器的響應度為0.5A/W，檢測器的暗電流為2nA，其負載電阻為50Ω；接收機的帶寬為10MHz，溫度為300K。除了光纖損耗外，系統總損耗還包含光源耦合引起的14dB的功率降低，以及由多個接頭和連接器導致的10dB損耗。計算接收到的光功率、檢測信號電流和功率、散彈噪聲和熱噪聲以及信噪比。第五章光端機作業LEDPIN光檢測器光源耦合損耗14dB光纜損耗為20dB多個接頭和連接器導致的10dB損耗負載電阻為50Ω暗電流為2nA響應度為0.5A/W電信號輸出帶寬為10MHz溫度為300K接收機發射10mW、0.85μm的光波LED發射功率：光纖通道總損耗：光源耦合損耗＋光纜損耗＋連接損耗＝14＋20＋10＝44dB接收到的光功率：10－44＝－34dBm檢測到的信號電流：檢測到的信號功率：解：第五章光端機作業散彈噪聲功率：信號電流為，遠遠大于暗電流因此有：熱噪聲功率：信噪比SNR：熱噪聲功率遠遠大于散彈噪聲。轉換為dB形式：第五章光端機作業假設半導體激光器向光纖注入0.5mW的光功率，隨后接一個增益為25dB的后置放大器（EDFA），隨后其連接的光纖長度為100km，損耗是0.25dB/km。接下來是中繼放大器，能夠提供足夠的增益，可以將信號功率放大到后置放大器輸出端的功率水平。后面的光纖同第一根光纖完全一樣，但長度為150km。一個前置放大器將信號功率放大到注入光纖時的量級（0.5mW）。

試問，此前置放大器的增益是多少？

畫出此光纖通信系統中以dBm為單位的光信號隨位置變化的曲線。第六章光纖通信系統作業1LD后置放大器中繼放大器前置放大器光纖100km光纖150km0.5mWG1=25dB-0.25dB/km-0.25dB/km0.5mW解：0.5mW相當于經后置放大器后輸出為：－3+25=22dBm長度為100km的光纖總損耗為：100×(-0.25)=-25dB經100km光纖傳輸后功率為：22－25＝－3dBm中繼放大器可以將光信號功率放大到后置放大器的輸出水平，即22dBm經150km光纖傳輸后功率為：22+150×(-0.25)＝－15.5dBm根據題意，經前置放大器輸出的光功率為-3dBm，

則該前置放大器的增益系數為：G3=-3-(-15.5)=12.5dB（該中繼放大器的增益為G2=22-(-3)=25dB）OpticalAmplifier(OA)