光纤通信,聂兵_习题答案(5)

纵模的波长间隔与频率间隔的关系是

f

c

f 将数值代入得 λ=0.2222nm c 2nL所以可在激光器中存在的模式数量为

2

2

2

e 1.6 10 19 (C ) 将数值代入得 d为11 85%将数值代入得η为11.85%。

850 750 100 450 0.2222

h 6.626 10 34 J s

4.6性能优越的激光器工作时，为何需要用 4 6性能优越的激光器工作时为何需要用自动温度控制电路保证激光器工作温度的恒定。解：温度对激光器输出光功率的影响主要通解温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流Ith和外微分量子效率ηd产生。η 温度升高，阈值电流增加。 外微分量子效率减小，输出光脉冲幅度下降。 温度对输出光脉冲会产生“结发热效应”。结发热效应采用 C电路来稳定激光器的阈值电流采用ATC电路来稳定激光器的阈值电流和输出光功率。

4 7简述在高速(速率大于2 5Gb/s)光纤通信系 4.7简述在高速(速率大于2.5Gb/s)光纤通信系统中，光源为何不能采用直接调制方式。 解光源在高速直接调制时注入有源层的电子解：光源在高速直接调制时，注入有源层的电子密度不断变化，导致折射率的变化，而且使激光器的输出波长和强度都发生变化，在调制脉冲的上升沿向短波长漂移，在调制脉冲的下降沿向长波长漂移，从而使输出谱线加宽，即会引入频率啁啾，即光脉冲的载频随时间变化。由于带啁啾啁啾即光脉冲的载频随时间变化由于带啁啾的光脉冲在光纤中传输时会加剧色散展宽，所以在高速系统(大于2.5Gb/s在高速系统(大于2 5Gb/s )中需要采用外调制技术。

4 8说明新型半导体激光器是如何在F P半导体激 4.8说明新型半导体激光器是如何在F-P半导体激光器的结构上改进产生的。 解：F-P半导体激光器称为法布里-珀罗(

FabryPerot)激光器，它是利用有源区晶体的天然解理面构成光学谐振腔，这种谐振腔属于平行端面反射型。射型 DFB激光器称为分布反馈激光器，它是在有源区波导上制成周期性光栅，通过光栅的布拉格反射作用来形成谐振腔。 DBR激光器称为分布布拉格反射激光器，它是在有源区两个端面外制成周期性的光栅，通过两个有源区两个端面外制成周期性的光栅通过两个光栅产生的布拉格反射作用来形成谐振腔。

4 9比较常见半导体激光器的性能差异 4.9比较常见半导体激光器的性能差异。 解：F-P腔激光器属于多模LD。它由于谐振腔的长度较长，导致纵模间隔小，相邻纵模间的增益差别小，因此要得到单纵模振模间的增益差别小因此要得到单纵模振荡非常困难。特别是进行高速直接调制时，由于载流子和光子运输的瞬态特性，原来静态下的单纵模将可能变成多纵模，形成静态下的单纵模将可能变成多纵模形成模式噪声，严重影响通信质量。 DFB和DBR激光器属于单模LD。它们由于具有光栅结构，能发出单色性好(线宽非具有光栅结构能发出单色性好(线宽非常窄)、频谱纯、频率稳定的激光。

4.10比较半导体发光二极管和半导体激光器的优缺点。 解解：项目调制频带光输出功率耦合效率频谱宽度线性受温度影响发散角发光原理适用系统激光器(LD)≤数GHz≤数十mW大窄(<数十埃)差大小受激辐射中远距离、大容量发光二极管(LED)≤数百Hz≤数mW小宽(数百~数千埃)较好小大自发辐射中近距离、中小容量

4 11光源的直接调制和间接调制有什么特点它 4.11光源的直接调制和间接调制有什么特点，它们分别在什么场合下采用。 解：光源的直接调制是通过信息流直接控制激光器的驱动电流，从而通过输出功率的变化来实现调制。直接调制具有简单方便，成本较低等优点，但调制速率受到载流子的寿命及高速下的性能劣化限制如频率啁啾等化的限制(如频率啁啾等)。采用直接调制的光采用接调制光纤通信系统的速率一般限制在1Gb/s左右，直接般接调制方法仅适用于半导体光源。间接调制把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现。间接调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较的优点是调制速率高缺点是技术复杂成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。系统中使用

4 12数字光发射机的组成部分有哪些各 4.12数字光发射机的组成部分有哪些，各部分的功能又是什么？ 解：

4.13数字光发送机的性

能指标有哪些，分别是怎样定义的？ 解：平均发送光功率 指在正常条件下，光发送机发送光源尾纤输出的平均光功率。纤输出的均光功率 消光比(EXT) 指全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均指码平均发光功率与码平均发送光功率之比。

习题补充 1.何谓本征半导体、杂质半导体、P型半导体、N型半导体、 PN结、同质结、异质结？ 2何谓耗尽层？何谓有源区？ 2. 3.何谓激光的纵模、横模？何谓单模激光、多模激光？ 4假设激光器的光增益G(λ)随波长λ的变化满足以下 4. G Gauss关系： ( ) G 0 e ( )/ 2 。其中：中心波长λ0=0 85um增益谱宽σ=32nm增益峰值G0=5mm-1。若=0.85um,增益谱宽σ=32nm,增益峰值G若该激光器的谐振腔长为0.35mm,材料折射率为3.7,谐振 1腔的总损耗αT=3mm-1,试求该激光器中有多少个纵模被试求该激光器中有多少个纵模被激发。 5说明LD的电光延迟张弛振荡自脉动结发热效应 5.说明LD的电光延迟、张弛振荡、自脉动、结发热效应、频率啁啾的产生原因、现象和消除方法。 6简述M Z波导调制器与EAM调制器的调制原理 6.简述M-Z波导调制器与EAM调制器的调制原理。0 2 2

1.何谓本征半导体、杂质半导体、P型半导体、N型半导体、结同质结异质结 PN结、同质结、异质结？ 解：本征半导体是没有杂质没有缺陷的理想半导体。本征半导体中有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。在一定温度下，本征半导体中载流子浓度是一定的，并且自由电子与空度下本征半导体中载流子浓度是定的并且自由电子与空穴的浓度相等。 杂质半导体是通过扩散工艺在本征半导体中掺入少量合适的杂质半导体是通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素即可得到。按掺入的杂质元素的不同，可形成N型和 P型半导体。把能向导带提供电子的杂质称为施主，掺入施主杂质的本征半导体称为N型半导体，N型半导体中自由电子的杂质的本征半导体称为N型半导体 N型半导体中自由电子的浓度大于空穴的浓度；而将能接受电子并向价带提供空穴的杂质称为受主，掺入受主杂质的本征半导体称为P型半导体，P型半导体中空穴的浓度大于自由电子的浓度。例如，在锗、硅这类处于周期表第Ⅳ族的元素半导体中，Ⅲ族杂质硼、铝、镓等是受主杂质，而Ⅴ族杂质磷、砷等则是施主。等是受主杂质而Ⅴ族杂质磷砷等则是施主 PN结的形成是将P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成PN结。 同质结是指由同一种半导体材料经不同掺杂构成的单层P

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