1. 一根數值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長上可以支援1000個左右的傳播模式。試問：
（a） 其纖芯直徑為多少？
（b） 在1310nm波長上可以支援多少個模式？
（c） 在1550nm波長上可以支援多少個模式？
解：（a），而
從而得到纖芯半徑：a=v/（）=30.25μm，則直徑為60.5μm
（b）*2，與波長的平方成反比
因此在1310nm上的模式數為m=（850/1310）2×1000=421
（c）在1550nm上的模式數為m=（850/1550）2×1000=300
2. 階躍型光纖，若n1=1.5，λ0=1.31μm，
（1） δ=0.25，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑a應取多大？
（2） 若取芯徑a=5μm，保證單模傳輸時，δ應怎樣選擇？
解：（1）根據，單模傳輸要求
解得到 0.4727μm
（3） 同樣用
得到 δ 0.0022
補充：答：光纖存在下列色散型別：
（1） 模式色散（或模間色散）。是指同一波長光訊號中不同模式光線的傳播路徑和速度不同，產生時延差，引起光脈衝展寬，稱為模式色散，只存在於多模光纖中。
（2） 模內色散。是指同乙個導波模式中不同波長光線的傳播路徑和速度不同，產生時延差，引起光脈衝展寬，稱為模內色散（或色度色散）。模內色散包含材料色散和波導色散兩類，其中：
1） 材料色散是因光源光譜不純以及光纖石英材料的折射率隨波長而變化這兩個原因所產生的模內色散；
2） 波導色散是因光源光譜不純以及波導結構的影響這兩個原因而產生的模內色散。
3） 材料色散和波導色散在單模光纖和多模光纖中都能夠存在。
3. 一段12km長的光纖線路，其損耗為1.5db/km；
（a） 如果在接收端保持0.3μw的接收光功率，則傳送端的功率至少為多少？
（b） 如果光纖的損耗變為2.5db/km，則所需的輸入光功率為多少？
解：（a）利用 ，得到=18.93μw
（b） ，得到 =300μw
習題三5. 什麼是粒子數反轉？什麼情況下能實現光放大？
答：（1） 對於乙個二能級的原子系統，能級為e1和e2，且e1（2） 熱平衡狀態下，半導體材料中價帶上的電子總數目n1>>導帶上的電子總數目n2，即低能級e1上的粒子數n1遠遠大於高能級e2上的粒子數n2。
（3） 當高能級e2上的粒子數n2大於低能級e1上的粒子數n1時，則粒子數實現了反轉。這一條件稱為粒子數反轉分布。
（4） 當照射在原子上的光波頻率滿足：hfc= e2-e1 時，原子在能級e1和e2間同時存在受激輻射和受激吸收。當受激輻射超越受激吸收，佔主導地位時，則導致能量為hfc的光子數的淨增加，入射的光訊號得到了放大。
6、什麼是雷射器的閾值條件。
答：當注入電流較小時，啟用區不能實現粒子數反轉，自發發射佔主導地位，雷射器發射普通的螢光。隨注入電流量的增加，啟用區里實現了粒子數反轉，受激輻射佔主導地位，但當注入電流小於閾值電流時，諧振腔內的增益還不足以克服損耗如介質的吸收、鏡面反射不完全等引起的諧振腔的確損耗，不能在腔內建立起振盪，雷射器只發射較強螢光。
只有當注入電流大於閾值電流時，才能產生功率很強的雷射。
9、乙個gaas pin光電二極體平均每三個入射光子，產生乙個電子-空穴對。假設所有的電子都被收集。
a試計算該器件的量子效率；
b當在0.8μm波段接收功率是10-7w時，計算平均輸出光電流；
c計算波長，當這個光電二極體超過此波長時將停止工作，即長波長截止點λc。
解：a、=1/3=33.3%
b、由和可得到
ip==2.15×10-8 a
c、 而由表3.1，知=1.424 ev，則波長截止點λc=hc/=0.87μm
10、 什麼是雪崩增益效應？
解：光生載流子穿過乙個具有非常高的電場的高場區。在這個高場區，光生電子或空穴可以獲得很高的能量，因此它們高速碰撞在價帶的電子上使之產生電離，從而激發出新的電子一空穴對，這種載流子倍增的機理稱為碰撞電離。
新產生的載流子同樣由電場加速，並獲得足夠的能量從而導致更多的碰撞電離產生，這種現象就是所謂的雪崩效應。
習題四1. 光纖的連線損耗有哪些？如何降低連線損耗？
解：連線損耗可分為外部損耗和內部損耗。
外部損耗是由於光纖之間的連線錯位引起的損耗，主要有軸向位移、連線間隔、傾斜位移、截面不平整。
內部損耗主要是由於光纖的波導特性和幾何特性差異導致的損耗，包括纖芯的直徑、纖芯區域的橢圓度、光纖的數值孔徑、折射率剖面等。
採用較好的連線方法，改善聯結器的效能，可以降低連線損耗。
2．試用2×2耦合器構成乙個8×8空分開關陣列，畫出連線圖和輸入輸出埠訊號間流向，計算所需開關數。
解：n=8，m=
習題六5. 假定接收機工作於1550nm，頻寬為3ghz，前置放大器雜訊係數為4db，接收機負載為rl=100ω，溫度t=3000k，量子效率為η=1， =1.55/1.
24=1.25a/w，gm=1，試計算接收機靈敏度。
解：fn db=4db，所以，fn=2.512
對於ber=10-12，γ≈7； ==1
== -22.0246dbm
習題七6 已知乙個565mbit/s單模光纖傳輸系統，其系統總體要求如下：
（1）光纖通訊系統光纖損耗為0.1db/km，有5個接頭，平均每個接頭損耗為0.2db，光源的入纖功率為-3dbm，接收機靈敏度為-56dbm（ber=10-10）。
（2）光纖線路上的線路碼型是5b6b，光纖的色散係數為2ps/（kmnm），光源光譜寬度1.8nm，求：最大中繼距離為多少？
注：設計中選取色散代價為1db，光聯結器損耗為1db（傳送和接收端個乙個），光纖富餘度為0.1db/km，裝置富餘度為5.5db。
解：（1）功率限制中繼距離為：-3-（-56）=0.1l+0.25+1+12+0.1l+5.5，得到l=217.5km。
（2）色散限制中繼距離為：，而資訊速率為565mb/s的單模光纜傳輸系統，採用5b6b碼型，其傳輸速率為677990kb/s。，因此
=47.1164km
（3）因此，是乙個色散限制系統，最大中繼距離應小於47.1164km。
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