光纤通信,聂兵_习题答案(6)

N结。 异质结是指由不同的半导体材料经掺杂构成的单层PN结(单异质结是指由不同的半导体材料经掺杂构成的单层结(单异质结)或多层PN结(多异质结)。

2.何谓耗尽层？何谓有源区？ 解耗尽层是指结两侧由于载流子浓度不同产解：耗尽层是指PN结两侧由于载流子浓度不同产生了扩散运动，形成了从P区到N区的扩散电流，以致在交界面两侧形成了带相反电荷的“空间电荷区”,产生了由N区指向P区的自建电场。在自建电场作用下电子和空穴产生了漂移运动，形成建电场作用下电子和空穴产生了漂移运动形成了从N区到P区的漂移电流。由于扩散和漂移电流方向相反，在平衡状态下这两种电流相等，使得总电流为零，等效于空间电荷区的电阻值很大，载流子数目很少，称其为耗尽层。 空间电荷区=PN结=耗尽层 有源区是指PN结加上正向电压后削弱了原有的自建电场，在PN结交界面附近窄区域内，价带主要由空穴占据故电子很少，导带主要由电子占由空穴占据(故电子很少),导带主要由电子占据，形成了粒子数的反转分布，对外来光能够产生放大作用，称为有源区(又称增益区)。

PN结

3.何谓激光的纵模、横模？何谓单模激光、多模 3何谓激光的纵模、横模何谓单模激光、多模激光？ 解：纵模是指沿光学谐振腔纵向的电磁场分布模式，谐振频率主要由纵模决定。 横模是指沿光学谐振腔横向的电磁场分布模式横模是指沿光学谐振腔横向的电磁场分布模式，传播方向主要由横模决定。 单模激光是指发出的激光是单纵模其光谱只单模激光是指LD发出的激光是单纵模，其光谱只有一根谱线，峰值波长称为中心波长，谱线宽度小于0.1nm,故光谱很窄；小于故光谱很窄多模激光是指发出的激光是多纵模，其光谱有 多模激光是指LD发出的激光是多纵模，其光谱有多根谱线，对应于多个中心波长，其中最大峰值波长称为主中心波长，谱线宽度为几个，故光波长称为主中心波长，谱线宽度为几个nm,故光谱较宽。

4.假设激光器的光增益G(λ)随波长λ的变化满足以下Gauss关假设激光器的光增 ( )随波长的变化满足以下关 系： G ( ) 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。若该激光器的谐振腔长为0.35mm,材料折射率为3.7,谐振腔的总损耗长为0 35材料折射率为3 7谐振腔的总损耗αT=3mm-1,试求该激光器中有多少个纵模被激发。解：被激发的纵模必须满足关系：光强增益≥谐振腔的总损耗，解被激发的纵模必须满足关系光强增益≥谐振腔的总损

耗即G(λ)≥αT,由此解得被激发的纵模波长范围为0 2 2

0 2 ln

T

G0

0 2 ln

T

G0

代入数值得818nm≤≤882nm。代入数值得818≤λ≤882而纵模波长间隔为 2

0

c

f

0 22nL

0.279nm

所以被激发的纵模数量为(882-818)/0.279=229

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。效应频率啁啾的产生原因现象和消除方法 I1 解：ωrtd

t=0

I0 t=T

电脉冲光脉冲

电光延迟：由于有源区电子浓度的增加随时间呈指数上升关系而产生；它的现象就是输出光脉冲相对于注入电脉冲有ns数量级的时间延迟；对LD加直流预偏置电流消除。加直流预偏置电流消除张弛振荡：由于谐振腔内光子密度变化与有源区电子浓度的变化不同步而产生；它的现象表现为光脉冲前沿平顶出现初始过冲的衰减振荡；对LD适当加大直流预偏置消除。适当加大直流预偏置消除自脉动：由于P-I特性曲线在I>Ith区域内线性度差而产生；它的现象表现为光脉冲变成持续的等幅振荡波形；可选用P-I特性较直的LD消除此现象。结发热效应：由于调制电流引起P-N结的温度变化产生；它的现象表现为结发热效应由调制电流引起结的度变化产生它的象表为光脉冲顶部和底部失真；可对LD致冷消除。频率啁啾：由于直接调制的电流变化产生；它的现象表现为谱线动态展宽致使光脉冲前后沿变斜缓；可采用零色散位移光纤或外调制方法消除。

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。 解： M Z波导调制器的输入光信号在第一个3dB耦合器处被分 M-Z波导调制器的输入光信号在第个3dB耦合器处被分成相等的两束，分别进入两波导传输，波导采用电光材料制成，其折射率随外部施加的电压大小而变化，从而导致两路光信号到达第二个耦合器的相位延时不同。因此，只要控制外加电压，就能对光束进行调制。 EAM调制器是一种损耗调制器，为半导体结型器件。当外加反向偏置时，耗尽层的电场引起带隙能量减少，即所谓 Franz-Keldysh效应，利用这个效应可以改变光束的通断。 F K ld h效应利用这个效应可以改变光束的通断由于能量低于带隙能量的光子可以通过半导体，而能量高于带隙能量的光子将被吸收并产生自由电子-空穴对。当于带隙能量的光子将被吸收并产生自由电子-空穴对当 EAM无偏压时，带隙能量较大，光子通过，输出功率最大；当当EAM外加反向偏压，将减小带隙能量，原来可传输波长外加反向偏压将减小

带隙能量原来可传输波长的光子将被吸收，输出功率最小，从而实现调制。

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