光纤通信,聂兵_习题答案(4)

n

s

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LA

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接收n

n

光监控信道接收/发送光监控信道发送器光监控信道接收器

网络管理系统

8.8 8 8 DWDM开放式系统和集成式系统的区别是什么？

解：开放式DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成符合ITU-T建议将复用终端的光信号转换成符合ITU T建议的波长再进行合波的波长，再进行合波。 集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号符合ITU-T建议的它要求复用终端的光信号符合ITU T建议的波长，再进行合波。

1.光纤通信系统对光检测器的基本要求有哪些？ 1光纤通信系统对光检测器的基本要求有哪些？解：1.在系统的工作波长上要有足

够高的响应度，即对定的入射光功率，光检测器能输出尽可能即对一定的入射光功率，光检测器能输出尽可能大的光电流。 2.波长响应要和光纤的三个低损耗窗口兼容。 2波长响应要和光纤的三个低损耗窗口兼容 3.有足够高的响应速度和足够的工作带宽。 4.产生的附加噪声要尽可能低，能够接收极微弱的光信号。 5.光电转换线性好，保真度高。 6.工作性能稳定，可靠性高，寿命长。 6工作性能稳定可靠性高寿命长 7.功耗和体积小，使用简便。

第五章习题

2.论述光电二极管进行光电转换的基本原理。 2论述光电二极管进行光电转换的基本原理

3.PIN光电二极管结构特点与工作特点是什么？ 3 PIN光电二极管结构特点与工作特点是什么？解：

解：光照射到半导体的PN结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收足够大则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子-空穴对，又称光生载流子。穴即光电子空穴对又称光生载流子光载子外负偏光生载流子在外加负偏压和内建电场的作内建场作用下，在闭合外电路中形成光生电流。

PIN光电二极管的结构：薄的P+区和N+区之间夹入较宽的 I区(耗尽区，光子吸收区) I区(耗尽区光子吸收区)工作特点：给PIN管加几至几十伏的负偏压，入射光子在I区受激吸收产生一次光生载流子，光生载流子在I区强电区受激吸收产生次光生载流子光生载流子在I区强电场作用下分别向N区和P区快速漂移形成一次光生电流。

4.简述APD光电二极管工作原理。 4简述APD光电二极管工作原理解：

5.设某种半导体材料的Eg=1.15eV,试求该半导体 .设某种半导体材料的Eg 1.15eV,试求该半导体材料的截止波长λc.解：由产生光电效应的条件，入射光子能量必须至少等于禁带宽度Eg,得得

c 光子

hc 1.24 E g E g (eV ) (eV

APD光电二极管的入射光子从P+层射入，进入I层后，在这里，材料吸收了光能并产生了初级电子-空穴对，这时光电子在I层被耗尽层的较吸收了光能并产生了初级电子空穴对这时光电子在I层被耗尽层的较弱的电场加速，移向PN结。当光电子运动到高场区时，受到强电场的加速作用，高速运动的电子和晶体原子相碰撞，使晶体原子电离，产生新的电子-空穴对，碰撞电离所产生的电子-空穴对在高速电场运动时又新的电子-空穴对碰撞电离所产生的电子-空穴对在高速电场运动时又被加速，又可能碰撞电离其他原子，如此多次碰撞，产生连锁反应，使载流子数量迅速增加，反向电流迅

速增大，形成雪崩倍增效果。

代入数值得波长为1.078微米。

6.光电极管的主要特性参数有哪些各有什么含 6.光电二极管的主要特性参数有哪些？各有什么含义？解：主要特性参数有量子效率、响应度、响应速度和检测器噪声。解：主要特性参数有量子效率响应度响应速度和检测器噪声 产生的电子 空穴对的个数 I P/ e I P hf P0/ hf P0 e入射光子数R0 Ip P0

7.光接收机主要由哪几部分组成其各自的功能是 7.光接收机主要由哪几部分组成？其各自的功能是什么？

ehf

1.24

解：

量子效率和响应度表征光电二极管的光电转换效率。量子效率和响应度表征光电极管的光电转换效率响应速度指光电二极管的光电转换速度，可用响应时间表征，它取决于以下三因素：耗尽区的光载流子的渡越时间；耗尽区外产生的光载流子的扩散时间；光电二极管以及与其相关电路的RC时间常数。路的 C时间常数检测器噪声主要包括暗电流噪声、散弹噪声和热噪声。暗电流噪声是无光照时光电二极管的反向电流产生的，它决定了光电二极管所能检测的最小光功率。散弹噪声受到入射光照射时，光生电流产生的噪声，它反映了光生载流子的离散性和随机生电流产生的声它映生载流的离散性机性。热噪声是由光电二极管的负载电阻和后接放大器的输入电阻产生。噪声的存在直接影响了接收机的灵敏度。电阻产生噪声的存在直接影响了接收机的灵敏度

第四章习题

4.1 4 1物质与光波之间有哪些相互作用？这些相互作用分别对应于何种光器件？解：光波与物质原子的电子有三种相互作用机制，分别是自发辐射、受激辐射、受激机制分别是自发辐射受激辐射受激吸收。这些相互作用对应的光器件分别是： ---半导体发光二极管半导体发光极管 ---半导体激光器半导体激光器 ---半导体光检测器半导体光检测

4 2假设GaAs材料的带隙为1 43eV,则该 4.2假设GaAs材料的带隙为1.43eV,则该物质发出的光波长和光频率分别为多少？ 1.24 解解： 1 24 ( m)Eg (eV )

将数值代入得光波长约是0.87μm。再利用波长与频率的关系

f c

(Hz )

4.3阐述半导体激光器的工作原理。阐述半导体激光器的作原理 解：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，流实现粒子数反转分布产生受激辐射再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。 解答要点： 说清楚半导体激光器的构成及各部分的功能。

得到光频率为3.4483e+014Hz。

4.4一峰值发光波长在800nm的GaAs激

光器，其谐振腔长 400μm,且材料折射率n=3.6。如果增益在750—850nm的 400μm且材料折射率n 3 6如果增益在750 850nm的范围内都大于总损耗，试求此激光器中能存在几个模式？解：由激光产生必须满足的相位平衡条件(返回波与初始波同解由激光产生必须满足的相位平衡条件(返回波与初始波同 2nL c cq相位)

c纵模的频率间隔是 f 2nL

q

或

f

λ

2nL L

4.5某激光器的P-I特性曲线的斜率为 0.095mW/mA,工作波长为1550nm,计算外微分量子效率。 解：外微分量子效率定义为激光器达到阈值后，输出光子数的增量与注入电子数的增量之比。输出光子数的增量与注入电子数的增量之比 d ( P Pth )/ hf P Pth e e P ( I I th )/ e I I th hf hf I

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