《光纖通信》第3章課后習習題答案

1、1計算一個波長為的光子能量，分別對1MHz和100MHz的無線電做同樣的計算。解：波長為的光子能量為對1MHz和100MHz的無線電的光子能量分別為2太陽向地球輻射光波，設(shè)其平均波長，射到地球外面大氣層的光強大約為。如果恰好在大氣層外放一個太陽能電池，試計算每秒鐘到達太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。解：光子數(shù)為3如果激光器在上工作，輸出1W的連續(xù)功率，試計算每秒從激活物質(zhì)的高能級躍遷到低能級的粒子數(shù)。解：粒子數(shù)為4光與物質(zhì)間的相互作用過程有哪些答：受激吸收，受激輻射和自發(fā)輻射。5什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)什么情況下能實現(xiàn)光放大答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級粒子布居數(shù)大于低能級的粒子布居數(shù)。處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)

2、分布的介質(zhì)（叫激活介質(zhì)）可實現(xiàn)光放大。6什么是激光器的閾值條件答：閾值增益為其中是介質(zhì)的損耗系數(shù)，分別是諧振腔反射鏡的反射系數(shù)。當激光器的增益時，才能有激光放出。（詳細推導(dǎo)請看補充題1、2）7由表達式說明為什么LED的FWHM功率譜寬度在長波長中會變得更寬些證明：由得到，于是得到，可見當一定時，與成正比。8試畫出APD雪崩二極管結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場區(qū)及耗盡層的范圍。解：先把一種高阻的P型材料作為外延層，沉積在P+材料上（P+是P型重摻雜），然后在高阻區(qū)進行P型擴散或電離摻雜（叫層），最后一層是一個N+（N+是N型重摻雜）層。高場區(qū)是P區(qū)，耗盡區(qū)是P區(qū)。9一個GaAsPIN光電二極管平均每三個

3、入射光子產(chǎn)生一個電子空穴對。假設(shè)所以的電子都被收集，那么（1）計算該器件的量子效率；（2）在波段接收功率是，計算平均是輸出光電流；（3）計算波長，當這個光電二極管超過此波長時將停止工作，即長波長截止點。解：（1）量子效率為（2）由量子效率得到（3）GaAsPIN的禁帶寬度為，則截止波長為10什么是雪崩增益效應(yīng)答：一次光生載流子穿過一個具有非常高的電場高場區(qū)。在這個高場區(qū)，光生電子空穴可以獲得很高的能量。他們高速碰撞在價帶上的電子，使之電離，從而激發(fā)出新的電子空穴對。新產(chǎn)生的的載流子同樣由電場加速，并獲得足夠的能量，從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫雪崩效應(yīng)。11設(shè)PIN光電二極管的量子效率

4、為80%，計算在和波長時的響應(yīng)度，說明為什么在處光電二極管比較靈敏。解：時的響應(yīng)度為；時的響應(yīng)度為。因為響應(yīng)度正比于波長，故在處光電二極管比處靈敏。12光檢測過程中都有哪些噪聲答：量子噪聲，暗電流噪聲，漏電流噪聲和熱噪聲。補充題1一束光在介質(zhì)中傳播時，其光強隨傳播距離的變化通常表示為，其中為初始光強，為光強增益系數(shù)，為光強損耗系數(shù)。試推到這個式子，并說明此式成立條件。解：設(shè)光束通過厚度為的一層介質(zhì)時，其光強由變?yōu)椋诠夥糯髸r，可寫成，即，若為常數(shù)，則積分得到；在衰減時，可寫成，即，若為常數(shù)，則積分得到；所以，當光放大和光衰減同時存在時，便有。顯然，此式成立的條件是：都與無關(guān)。補充題2設(shè)LD的光學諧振腔長為，諧振腔前、后鏡片的光強反射系數(shù)分別為，諧振腔介質(zhì)的光強損耗系數(shù)為，諧振腔的光強增益系數(shù)為，試證明：激光所要求的諧振條件（閾值增益條件）為解：在諧振腔內(nèi)任取一點，此點光強，該光強向右傳播到前鏡片，經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片，再經(jīng)過反射向右傳播回到點，則光強變?yōu)?/p>