光纖通信課后習(xí)題答案

習(xí)題二1計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)為 ■二Ijm的光子能量,分別對(duì)IMHz和lOOMHz的無(wú)線電做同樣的計(jì)WO解：波長(zhǎng)為■二Vim的光子能量為201?9910-J34 3201?9910-JE二hfc二he/,二6.6310一js6105對(duì)IMHz和lOOMHz的無(wú)線電的光子能量分別為E=hfc=6.6310-Js11O6HZ=6?6310“JE=hfc=6.6310少Js100lO^Hz=6.6310'勺I二0.14W/2?太陽(yáng)向地球輻射光波，設(shè)其平均波長(zhǎng)'二I二0.14W/如果恰好在大氣層外放一個(gè)太陽(yáng)能電池，試計(jì)算每秒鐘到達(dá)太陽(yáng)能電池上每平方米板上的光子數(shù)。解：光子數(shù)為Ihc1O.0.146.6323”0?7漢10工吩1013-如果激光器在'=0?5Jm上工作，輸岀1W的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能104=3?9810」Ihc1O.0.146.6323”0?7漢10工吩1013-如果激光器在'=0?5Jm上工作，輸岀1W的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能104=3?9810」級(jí)的粒子數(shù)。解：粒子數(shù)為Ihc16?6310川310S—扌匚05漢10衛(wèi)二3任r（2）光與物質(zhì)間的相互作用過(guò)程有哪些？答：受激吸收，受激輻射和自發(fā)輻射。什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大？答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級(jí)粒子布居數(shù)大于低能級(jí)的粒子布居數(shù)。激活介質(zhì)）可實(shí)現(xiàn)光放大。什么是激光器的閾值條件？答：閾值增益為處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)（叫GthIn2L其屮〉是介質(zhì)的損耗系數(shù)，ID分別是諧振腔反射鏡的反射系數(shù)。當(dāng)激光器的增益G—Gh時(shí)，才能有激光放出。（詳細(xì)推導(dǎo)請(qǐng)看補(bǔ)充題1、2）7?由表達(dá)式E=hc/，說(shuō)明為什么LED的FWH斶率譜寬度在長(zhǎng)波長(zhǎng)中會(huì)變得更寬些?證明：由E二he/,得到厶Ehe2heE,可見(jiàn)當(dāng)E—定時(shí),IE比。&試畫(huà)出APD雪崩二極管結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場(chǎng)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?fù)诫s），然后在高阻區(qū)進(jìn)行P型擴(kuò)散或電離摻雜（叫n層），最后一層是一個(gè)N+（M是N型重?fù)诫s）層。咼場(chǎng)區(qū)是P區(qū)，耗盡區(qū)是Pn區(qū)。9.一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。假設(shè)所以的電子都被收集，那么（1）計(jì)算該器件的量子效率；（2）在0.8波段接收功率是/d必計(jì)算平均是輸出光電流；計(jì)算波長(zhǎng)，當(dāng)這個(gè)光電二極管超過(guò)此波長(zhǎng)時(shí)將停止工作，即長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn)解：（1）量子效率為=1/3=0.33（2）由量子效率（2）由量子效率土￡巳二土“得至UPn/hVPneIp/e忙Pn=2?210A=22nARn/hv（3）GaAsPIN的禁帶寬度為Eg=1.424eV,則截止波長(zhǎng)為124■Om）」Eg10.什么是雪崩增益效應(yīng)？次光生載流子穿過(guò)一個(gè)具有非常高的電場(chǎng)高場(chǎng)區(qū)。在這個(gè)高場(chǎng)區(qū)，光生電子一空穴可以獲得很高的能里答：次光生載流子穿過(guò)一個(gè)具有非常高的電場(chǎng)高場(chǎng)區(qū)。在這個(gè)高場(chǎng)區(qū)，光生電子一空穴可以獲得很高的能里們高速碰撞在價(jià)帶上的電子，使之電離，從而激發(fā)出新的電子一空穴對(duì)。新產(chǎn)生的的載流子同樣由電場(chǎng)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為80%計(jì)算在1?3」m和1.55〃m波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度，說(shuō)明為什么在1.55//ni處光電二極管比較靈敏。解：1?3解：1?3時(shí)的響應(yīng)度為R二空=0.84AAV；1.241.55m時(shí)的響應(yīng)度為1.55m時(shí)的響應(yīng)度為R0?8S?55lAAVo因?yàn)轫憫?yīng)度正比于波長(zhǎng)，故在1.55處光電二極管比1?3處?kù)`敏。12?光檢測(cè)過(guò)程屮都有哪些噪聲？答：量子噪聲，暗電流噪聲，漏電流噪聲和熱噪聲。補(bǔ)充題1?一束光在介質(zhì)中傳播時(shí)，其光強(qiáng)I隨傳播距離Z的變化通常表示為I二1冷T二其中補(bǔ)充題1?一束光在介質(zhì)中傳播時(shí)，其光強(qiáng)始光強(qiáng)，G為光強(qiáng)增益系數(shù)，：■為光強(qiáng)損耗系數(shù)。試推到這個(gè)式子，并說(shuō)明此式成立條件。解：設(shè)光束通過(guò)厚度為 dz的一層介質(zhì)時(shí)，其光強(qiáng)由 I變?yōu)镮di,在光放大時(shí)di0,可寫(xiě)成di二Gldz,即di/I二Gdz,若G為常數(shù)，則積分得到I二1。屮在衰減時(shí)，di:::0，可寫(xiě)成dl二Idz，即dl/I二一dz,若〉為常數(shù)，則積分得到I二loeJ二:所以，當(dāng)光放大和光衰減同時(shí)存在時(shí)，便有1=1八273ri,o諧振腔介質(zhì)的光1(Z2L)=1ri,o諧振腔介質(zhì)的光1(Z2L)=1(z)rr：etc顯然/產(chǎn)生激光的條件為返回Z點(diǎn)的光強(qiáng)要大于Z點(diǎn)發(fā)出的光強(qiáng)補(bǔ)充題2?設(shè)LD的光學(xué)諧振腔長(zhǎng)為L(zhǎng)，諧振腔前'后鏡片的光強(qiáng)反射系數(shù)分別為強(qiáng)損耗系數(shù)為：，諧振腔的光強(qiáng)增益系數(shù)為 G試證明：激光所要求的諧振條件(閾值增益條件)為1,1In2Lr：r：經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片,解:在諧振腔內(nèi)任取一點(diǎn)乙此點(diǎn)光強(qiáng)l(z),該光強(qiáng)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(guò)反射向右傳播回到