光纖通信 第三章 習題

1、習 題1.光與物質(zhì)間的相互作用存在(cnzi)哪三種基本物理過程？它們各自的特點是什么？答：三種基本物理過程：自發(fā)輻射、受激吸收(xshu)以及受激輻射 自發(fā)輻射的特點： （1）這個過程是在沒有外界作用的條件下自發(fā)產(chǎn)生的，是自發(fā)躍遷 （2）由于發(fā)射出光子的頻率決定于所躍遷的能級，而發(fā)生自發(fā)輻射的高能級不是一個，可以是一個系列的高能級，因此，輻射光子的頻率亦不同，頻率范圍很寬共二十頁 （3）即使有些電子是在相同的能級差間進行躍遷的，也就是輻射出的光子的頻率相同，但由于它們是獨立地、自發(fā)地輻射，因此它們的發(fā)射方向和相位也是各不相同的，是非相干光 受激吸收(xshu)的特點： （1）這個過程必須在外

2、來光子的激發(fā)下才會產(chǎn)生 （2）外來光子的能量等于電子躍遷的能級之差 （3）受激躍遷的過程不是放出的能量，而是消耗外來光能 受激輻射的特點： （1）外來光子的能量等于躍遷的能級之差共二十頁 （2）受激過程中發(fā)射出來的光子與外來光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，因此稱它們是全同光子 （3）這個過程可以使光得到放大。因為受激過程中發(fā)射出來的光子與外來光子是全同光子，相疊加的結(jié)果使光增加，使入射光得到放大，所以受激輻射引起光放大，是產(chǎn)生激光的一個(y )重要的基本概念共二十頁2. 什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？怎樣才能實現(xiàn)光放大？答：低能級上的粒子密度大于表示高能級上的粒子密度，這種粒子數(shù)

3、一反常態(tài)的分布稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 為了使物質(zhì)(wzh)能夠產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射作用大于受激吸收作用，也就是必須使N2N1，而在正常狀態(tài)時N2N1（其中N1表示低能級上的粒子密度，N2表示高能級上的粒子密度），所以粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大的必要條件。共二十頁3.構(gòu)成激光器必須具備的條件(tiojin)是什么？答：激光器必須包括以下(yxi)三部分：能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)，能夠使工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的激勵源，能夠完成頻率選擇及反饋作用的光學諧振腔。共二十頁4.什么(shn me)是激光器的閾值條件？答：激光器需滿足一定的條件才可以發(fā)出激光，要使激光器產(chǎn)生自激振蕩，

4、最低限度應要求(yoqi)激光器的增益剛好能抵消它的衰減。將激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱為激光器的閾值條件 閾值條件為：共二十頁5.簡述(jin sh)半導體的光電效應？答：光照射到半導體的P-N結(jié)上，若光子能量足夠大，則半導體材料中價帶的電子吸收光子的能量，從價帶越過禁帶到達導帶，在導帶中出現(xiàn)光電子，在價帶中出現(xiàn)光空穴，即光電子空穴對，又稱光電子載流子。 光生載流子在外加負偏壓和內(nèi)建電電場的作用下，在外電路中出現(xiàn)光電流，從而在電阻(dinz)R上有信號電壓產(chǎn)生。這樣，就實現(xiàn)了輸出電壓跟隨輸入光信號變化的光電轉(zhuǎn)換作用。共二十頁6.什么是雪崩(xubng)增益效應？答：在半導體的P-N結(jié)上加

5、高反向電壓，在結(jié)區(qū)形成一個強電場；在高場區(qū)內(nèi)光生(un shn)載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導帶，產(chǎn)生了新的-空穴對；新產(chǎn)生的電子-空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子-空穴對如此循環(huán)下去，像雪崩一樣的發(fā)展，從而使光電流在管子內(nèi)部獲得了倍增，這種現(xiàn)象叫做雪崩增益效應共二十頁7.試比較P-N結(jié)光電二極管、PIN光電二極管以及(yj)APD雪崩光電二極管的優(yōu)缺點答：P-N結(jié)光電二極管優(yōu)點：簡單(jindn)；缺點：P76 第一段 PIN光電二極管優(yōu)點：P76 第二段；缺點：P76 第五段 APD雪崩光電二極管優(yōu)點：P76

6、 最后一段和P77 第一段；缺點：P77 倒數(shù)第二段共二十頁8.畫出EDFA的結(jié)構(gòu)示意圖，并簡述(jin sh)各部分的主要作用。答： P71 圖3-27 主要(zhyo)作用：在圖3-27下的五段共二十頁9.簡述(jin sh)EDFA的工作原理答： P71-P82 （2）EDFA的工作原理(yunl)中內(nèi)容共二十頁10.EDFA的主要特征指標(zhbio)是什么？說明其含義。答： P72 “3.EDFA的主要(zhyo)特征參數(shù)” 這一部分共二十頁11.為什么說F-P腔型濾波器具有(jyu)頻率選擇性？答： P80第9段 由于(yuy)兩反射鏡的反射系數(shù)共二十頁12.簡述光定向耦合器、光隔

7、離器、光環(huán)行器以及光開關(guān)在光纖通信(un xin tn xn)系統(tǒng)中的作用答： 光定向(dn xin)耦合器：P78 第三段 光隔離器：P79 標題下面一段 光環(huán)行器：P80 第一段共二十頁13.試用(shyng)圖說明光波長轉(zhuǎn)換器的工作原理。答： P81 圖3-45 P82 圖3-46共二十頁14.什么(shn me)是波分復用技術(shù)？答：P82 第三段共二十頁15.簡述光波(gungb)分復用器的工作原理。答：P83 “（1）光波分復用器的工作(gngzu)原理”的內(nèi)容共二十頁16.簡述RFA的工作(gngzu)原理。答：P75 “（2）RFA的工作原理(yunl)”的內(nèi)容共二十頁17.RFA具有哪些(nxi)特點？答：P75 “1.RFA的特點(tdin)”的內(nèi)容共二十頁內(nèi)容摘要習 題。APD雪崩光電二極管優(yōu)點：P76 最后一段和P77 第一段。答： P71 圖3-27。答： P71-P82 （2）EDFA的工作原理(yunl)中內(nèi)容。答： P72 “3.EDFA的主要特征參數(shù)” 這一部分。答： P80第9段 由于兩反射鏡的反射系數(shù)。答： 光定