光纖通信與信息處理技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1、第第1 1章章 概論概論 光纖通信與信息處理技術(shù)光纖通信與信息處理技術(shù)復(fù)習(xí)課復(fù)習(xí)課第第1 1章章 概論概論 考試類型考試類型 一、填空題一、填空題 二、問(wèn)答題二、問(wèn)答題 三、三、 證明題證明題 四、四、 計(jì)算題計(jì)算題 五、五、 設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)題第第1 1章章 概論概論 1、1880年，美國(guó)人（貝爾貝爾）發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”，成為現(xiàn)代光通信的雛形。2、 1966年，英籍華人（高錕高錕）指出了利用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑。3、光纖通信是 光纖光纖 為傳輸媒質(zhì)。以 光光 為載波的通信方式。 4、 光纖中的纖芯折射率必須大于大于包層折射率，單模光纖纖芯直徑一般為 9到到10 m

2、 ，多模光纖纖芯直徑一般為50m至至100m，光纖包層直徑一般為 。5、 光纖的數(shù)值孔徑NA的物理含義是（反映了光纖的聚光能力反映了光纖的聚光能力） 一、填空題第第1 1章章 概論概論 6、光纖主要的傳輸特性有損耗損耗和色散色散。8、常用光源LD是以 為基礎(chǔ)發(fā) 光，LED以 為基礎(chǔ)發(fā) 光。 9、光與物質(zhì)作用時(shí)有自發(fā)輻射自發(fā)輻射、受激吸收受激吸收和受激輻射受激輻射三個(gè)物理過(guò)程。10、（半）導(dǎo)體光檢測(cè)器主要有PIN光電二極管光電二極管和雪崩光電二極管雪崩光電二極管兩種，基本原理是通過(guò) 過(guò)程實(shí)現(xiàn) 。11、無(wú)源器件主要有光連接器光連接器、光耦合器光耦合器、光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)、光光隔離器隔離器、光衰減器光衰減

3、器和光調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)等。第第1 1章章 概論概論 12、在光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)光源的調(diào)制可分直接調(diào)制直接調(diào)制和間接調(diào)間接調(diào)制制兩類。13、光接收機(jī)中的噪聲主要來(lái)源于 和 ，為抑制噪聲，一般要求前置放大器應(yīng)滿足 、 和 的要求，目前常用的前置放大電路為 型。14、光纜常用碼型有 、 。電纜常用碼型有 和 。第第1 1章章 概論概論 16 1970年，光纖研制取得重大突破，美國(guó)康寧公司成功研制出了損耗為（ ）的石英光纖，同年光纖通信用的光源也取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。17光纖是由中心的（ ）和外圍的（ ）同軸組成的圓柱體， 光能量主要在（ ）中傳輸。18半導(dǎo)體激光器在高速調(diào)制下，其瞬態(tài)特性會(huì)出現(xiàn)許多復(fù)雜現(xiàn)象

4、，如（ ）、（ ）和自脈動(dòng)現(xiàn)象。19 光有源器件與無(wú)源器件的本質(zhì)區(qū)別是（ ）。20光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能用（ ）來(lái)衡量。 第第1 1章章 概論概論 21 半導(dǎo)體激光器是光纖通信中的理想光源，其發(fā)光波長(zhǎng)與光纖的（ ）一致，并且對(duì)半導(dǎo)體激光器可直接調(diào)制等。第第1 1章章 概論概論 二、問(wèn)答題二、問(wèn)答題 1、光纖通信中常用的低損耗窗口有幾個(gè)？其中心波長(zhǎng)各為多少？2、光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？3、簡(jiǎn)述單向傳輸光纖通信系統(tǒng)的基本組成。4、 什么叫光纖損耗？造成光纖損耗的原因是什么？ 5、什么叫光纖色散？試分析造成光脈沖展寬的原因？6、在半導(dǎo)體激光器PI曲線中，哪一段范圍對(duì)應(yīng)于熒光，哪一段范圍對(duì)應(yīng)于激光？

5、7、LED和LD的有哪些區(qū)別？第第1 1章章 概論概論 8、什么是量子效率和響應(yīng)度？耗盡區(qū)寬度對(duì)量子效率有、什么是量子效率和響應(yīng)度？耗盡區(qū)寬度對(duì)量子效率有何影響？何影響？9、光波分復(fù)用器與定向耦合器有何區(qū)別？10、光隔離器在光纖線路上作用是什么？、光隔離器在光纖線路上作用是什么？ 11、什么是直接帶隙材料？什么是間接帶隙材料？什么是同質(zhì)節(jié)？什么是異質(zhì)節(jié)？12、簡(jiǎn)述半導(dǎo)體激光器發(fā)光的基本原理、簡(jiǎn)述半導(dǎo)體激光器發(fā)光的基本原理。第第1 1章章 概論概論 13光纖通信中常用的低損耗窗口有幾個(gè)？其中心波長(zhǎng)各為多少？14說(shuō)明為什么光電二極管有一定的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍？說(shuō)明為什么光電二極管有一定的波長(zhǎng)響應(yīng)范圍？1

6、5什么是什么是Pockel效應(yīng)？什么是效應(yīng)？什么是Kerr效應(yīng)效應(yīng)？第第1 1章章 概論概論 二、問(wèn)答題二、問(wèn)答題 2、（、（1） 容許頻帶很寬，傳輸容量很大。容許頻帶很寬，傳輸容量很大。 （2）損耗小，中繼長(zhǎng)且誤碼率很小。損耗小，中繼長(zhǎng)且誤碼率很小。 （3）重量輕，體積小。重量輕，體積小。 （4） 抗電磁干擾性能好?？闺姶鸥蓴_性能好。 （5）泄漏小，保密性好。泄漏小，保密性好。 （6）節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。3、信源、信源、電發(fā)射機(jī)、光發(fā)射機(jī)、電發(fā)射機(jī)、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光接收機(jī)、電接收機(jī)電接收機(jī) 第第1 1章章 概論概論 1 光功率 為的一個(gè)很

7、窄的光脈沖，經(jīng)過(guò)光纖傳輸后，輸出光脈沖為:為高斯波形，其中 為光脈沖的均方根值，試證明FWHW（全寬半高度）帶寬為：三、證明題 x t 221exp22ty t322dBlnf第第1 1章章 概論概論 2 當(dāng)向半導(dǎo)體激光器中輸入電流脈沖時(shí)，在厚度為d的復(fù)合區(qū)內(nèi)，注入的載流子對(duì)的濃度n隨時(shí)間的變化遵循如下關(guān)系式：（a） 當(dāng)電流密度在閾值 附近時(shí)，注入的載流子對(duì)濃度為 ，假設(shè)此時(shí)復(fù)合區(qū)內(nèi)平均載流子壽命為 ，也就是說(shuō)在穩(wěn)態(tài)有 ，因此：nJntqdthJthn0nt ththJnqd第第1 1章章 概論概論 若輸入強(qiáng)度為 的電流脈沖到未偏置的半導(dǎo)體激光器中，證明受激輻射開(kāi)始的時(shí)延為:在這里，假設(shè)I=J

8、A，其中J是電流密度A是有源區(qū)面積。（b）若激光器的預(yù)偏置電流密度為 ，此時(shí)初始額外載流子對(duì)的濃度 ，則輸入電流脈沖 時(shí)，有源區(qū)的電流密度為 在這種情況下，推導(dǎo)公式：pBJJJppthlndItIIBBJIAnqdBBJpIppBthlndItIII（ ）pI第第1 1章章 概論概論 3. 3. 如果功率為如果功率為的光入射到一個(gè)光電二極管上，此光電二極管的電子空穴產(chǎn)生的速率的光入射到一個(gè)光電二極管上，此光電二極管的電子空穴產(chǎn)生的速率由下式給出：由下式給出：其中其中是單位面積入射的光通量，由下式給出：是單位面積入射的光通量，由下式給出：等式中，等式中，A A是檢測(cè)器的面積。由此證明耗盡區(qū)寬度為

9、是檢測(cè)器的面積。由此證明耗盡區(qū)寬度為W W時(shí)的初級(jí)光電流為：時(shí)的初級(jí)光電流為：第第1 1章章 概論概論 四計(jì)算題四計(jì)算題 11.48n 21.478n ， 1320nm第第1 1章章 概論概論 3、在下列情況中，計(jì)算光纖的數(shù)值孔徑;階躍塑料光纖，其纖芯折射率 ，包層折射率: 階躍光纖，具有石英纖芯： 和硅樹(shù)脂包層： .11.6n 21.49n 11.485n 11.405n 第第1 1章章 概論概論 2、某階躍折射率光纖的纖芯折射率n1=1.50,相對(duì)折射率差0.01,試求： 1)光纖的包層折射率n2？ 2）該光纖數(shù)值孔徑NA？3、 階躍光纖中相對(duì)折射率差0.005, n1=1.50,當(dāng)波長(zhǎng)分

10、別為0.85m和1.31m時(shí)，要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑a應(yīng)小于多少？ 4、半導(dǎo)體激光器發(fā)射光子的能量近似等于材料的禁帶寬度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV,InGaAsP材料的Eg=0.96eV,求各自的發(fā)射光子波長(zhǎng)。 第第1 1章章 概論概論 5、某半導(dǎo)體激光器LD由材料 制成，其中表示成分?jǐn)?shù)且滿足 ，這種材料的帶隙能量 求該LD能覆蓋的波長(zhǎng)范圍。1 xxGaAl As 00.37x 21.4241.2660.266Eg eVxx 第第1 1章章 概論概論 7、已知、已知PIN光電二極管的量子效率光電二極管的量子效率70，接收光波長(zhǎng)接收光波長(zhǎng)為為1.55m,求求PIN的響應(yīng)度的響應(yīng)度R

11、？如果入射光功率為如果入射光功率為100w，求輸出電流是，求輸出電流是多少？多少？8、某、某APD管用于波長(zhǎng)管用于波長(zhǎng)1.55m，其平均雪崩增，其平均雪崩增益為益為20，響應(yīng)度為，響應(yīng)度為0.6AW，當(dāng)每秒鐘有，當(dāng)每秒鐘有1000個(gè)光子入射時(shí)，計(jì)算其量子效率和輸個(gè)光子入射時(shí)，計(jì)算其量子效率和輸出光電流。出光電流。第第1 1章章 概論概論 9 考慮一段由階躍光纖構(gòu)成的5km 長(zhǎng)的光纖連路，纖芯折射率 ，相對(duì)折射率差為 ,求接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差。11.49n 1 10 有兩個(gè) 材料的LED：其中一個(gè)帶隙能量為1.540eV;另外一個(gè) 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 的帶隙能量 (1)求出第一個(gè)LED的Al摩爾比例x和發(fā)光波長(zhǎng)； (2)求出第二個(gè)LED的帶隙能量和發(fā)光波長(zhǎng)。015. 0 x1 xxGaAl As21.424 1.2660.266gExxAsAlGaxx1第第1 1章章 概論概論 11. 11. 對(duì)于對(duì)于22耦合器，設(shè)耦合器，設(shè)A和和B是分別表示輸入和輸出波長(zhǎng)強(qiáng)的矩陣。其中是分別表示輸入和輸出波長(zhǎng)強(qiáng)的矩陣。其中 ，對(duì)第一個(gè)輸入端口給定輸入對(duì)第一個(gè)輸入端口給定輸入，假定第二個(gè)輸入端口沒(méi)有入射功率，即，假定第二個(gè)輸入端口沒(méi)有入射功率，即 。, ,試求用散射矩陣試求用散射矩陣中