光纤通信作业答案

1、第3章习题及答案1 对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子 数，即粒子数反转分布条件。2 一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分： 能够产生激光的 _工作物质，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔3 半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN节加偏压来实现。PN结加上这种偏压后， 空间电荷区变窄，于是 N区的电子向P区扩散，P区的空穴向N区扩散，使得 P区和N区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载

2、流子会引起粒子数反转。答案：正向。4 对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用Ith表示。当I Ith时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽度常达到几百埃；当I Ith时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加，表面发出的是激光。答案：阈值电流，荧光，激光。5 .影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越;数值孔径越大，耦合效率越 。答案：低，高。6激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用;当发光面积小于纤芯截面积时，用 。答案：透镜耦合，直接

3、耦合。（课本上有误）7 .半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是答案:生（或q，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。&判断单模激光器的一个重要参数是 答案：边模抑制比。二. 判断题1电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。（）正确2 自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。（）正确3. LED与单模光纤的耦合效率低于 LD与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED耦合效率低。（）错误，边LED比面LED耦合效率高4 光检测器要产生光电流， 入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。（）错

4、误。应该小于。5设计工作于 卩m的光检测器同样能用作卩m的光检测器，且在长波长灵敏些。（）正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。三. 选择题1. 对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（）A. F-P激光器是多模，DFB和DBR激光器是单模激光器B. 光学谐振腔可以是平面腔也可是球面腔C. 要求全反射镜的反射系数r 1，部分镜的反射系数r 1D. 只有当外加正向电流达到某一值时，才会产生激光答案：C,应该是要求全反射镜的反射系数r 1，部分镜的反射系数r 12 对于激光器的温度特性下列说法错误的是（）A. 随温度的升高，阈值电流减小B. 随温度的升高，量子效率减小C. 结发热

5、效应会引起脉冲失真D. 可用环境温度控制法和半导体致冷器进行温度控制答案：A3 .下列说法错误的是（）A. PIN吸收一个光子只产生一个电子B. APD能产生二次电子-空穴对C. APD吸收一个光子只产生一个电子D. APD和PIN都是加负偏压 答案：C三.问答1. 何谓F-P激光器、DFB激光器、DBR激光器答：F-P激光器叫法布里-珀罗（Fabry-Perot）激光器，属于多模LD。它是利用有源区晶体的天然解理面构成光学谐振腔（叫法布里-珀罗谐振腔），这种谐振腔属于平行端面反射型。DFB激光器叫分布反馈（Distributed Feedback）激光器，属于单模 LD。DFB激光器的谐振腔

6、不是平行 端面反射型，而是沿有源区纵向制成周期性的光栅，通过光栅的每个斜面反射回一部分光（叫布拉格反射 作用）来形成谐振腔。DBR激光器叫分布布拉格反射（Distributed Bragg Reflector）激光器，属于单模 LD。DBR激光器的谐振 腔也不是平行端面反射型，而是在有源区两个端面外制成周期性的光栅，通过两个光栅的布拉格反射作用 来形成谐振腔。2. LED与LD发射的光子有什么不同答：LED是因自发辐射而发光的，发射的光子频率、相位、偏振状态及传播方向是无规律的，输出具 有较宽的频率范围的非相干光。LD是因受激发射而发光的，发射的光子同频、同相、同偏振方向，输出相干光。3 .列

7、表说明PIN和APD的结构、工作电压、工作机理之特点。特点PINAPD结构薄的p区和n区之间夹入较 厚的1区，1区是耗尽区（光 子吸收区）薄的重掺杂p+区和n+区之间夹入较厚的1区和薄 的p区，1区是耗尽层区（光子吸收区），区是碰 撞电离区（比1区电场大）工作电压负偏压（几至几十伏）负偏压（几十至几百伏）工作机理1入射光子在1区受激吸收 产生一次电子-空穴对2 一次电子和空穴在 1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1入射光子在1区受激吸收产生一次电子 -空穴对2 一次电子和空穴在 1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。其中达到 p区的一次电子在 p

8、区更强电场作用下获得更大 加速，碰撞原子产生二次电子 -空穴对3二次电子和空穴继续加速，碰撞原子产生三次 电子-空穴对形成雪崩倍增。四. 计算证明题1 试证明：长波长光源的谱线宽度要大于短波长光源的谱线宽度。解：因为Ehv竺，所以hc，故得到2Ehc2 .理论指出，LD的纵模频率间隔fc，其中n是谐振腔内半导体材料的折射率，L是谐振腔的长2nL度。若某一 GaAs激光二极管的 少850nm,L 0.5mm, n3.7，试问该激光器的纵模波长间隔是多解：因为f c/ ，所以 fc/ 2。若 f和都取绝对值，则得纵模波长间隔为可见：当 E （能量变动范围）固定时，则（波长变动范围）与2成正比。22

9、0.8522nL 2 3.7 50030.195 10 m 0.195 nm3 已知GaAs激光二极管的中心波长为0.85 m，谐振腔长为0.4mm。材料折射率为。若在0.80 m 0.90 m范围内，该激光器的光增益始终大于谐振腔的总衰减，试求该激光器中可以激发解：由于纵模波长间隔为2 f220.85230.24410 m 0.244 nmc2nL2 3.7 400所以，可以激发的纵模数量为900 8001004100.2444 已知LD的波长为1.31m，微分量子效率为10%，试求该LD的P-I特性曲线的斜率，此斜率是否包含的纵模数量。阈值电流以下的部分答：LD的微分量子效率为P/ hfI

10、 /e所以，LD的P-I特性曲线的斜率为PI0.1hfde6.626 10 34J s 3 108m/s石0.0951.31 m 1.6 10 19C此斜率不包含阈值电流以下的部分。5 LED的量子效率定义为输出光子数P/hf注入电子数I /e若波长1.31 m的LED,当驱动电流为50mA时，产生2mW的输出光功率。试计算量子效率。解：量子效率为P/hf d I /e2mW e50mA he0.04V1.31 m 1.6 1019C6.626 10 34 J s 3 108m/s °2%6 .若LED的波长为0.85 m，正向注入电流为 50mA，量子效率为，求 LED发射的光功率

11、有多大解:由上题知LED的量子效率为P /hfP eI /eIhc所以d Ie6.626 10 34J s 3 108m/s0.020.85 m 1.6 1019C50 mA 1.462mW7 .已知:(1) Si-PIN光电二极管，量子效率0.7 ,波长0.85 m ; (2) Ge光电二极管0.4 ,1.6m。计算它们的响应度R。解:(1) Si-PIN光电二极管:(2) Ge光电二极管:m)(m)1.240.40.71.241.6竺50.480A/W ；1.241.240.516A/W。说明在长波长比较灵敏些。&一个光电二极管，当1310nm 时,响应度为w，计算其量子效率。解：量子效率9 .试证明：带隙1.24R1.24 0.6(m)1.310.57Eg用eV(电子伏)作单位时，Eg与发光波长 (m)之间的关系为:Eg1.24(m)证明：因为Eghc6.626 10 34J s 3 108m/s20 2019.878 10 J m 19.878 10 J(m)1eV 1.6 10 19C V 1.6 10 19J，故得到Eg2019.878 10 J1.6 10