信息光电子习题答案

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1、1、电子和光子有哪些差别？光子有哪些显著的特征？特征电子光子静止质量m0运到质量m2hvc/传输特性不能在自由空间传输能在自由空间传输传播速度小于光速（c）等于光速（c）时间特性有时间不可逆性有一定的类时间可逆性空间特性高度的空间局域性不具空间局域性粒子特性费米子（服从费米统计）玻色子（服从玻色统计）电荷-e0取向特性两个自旋方向两个偏振方向光子具有极高的信息容量和效率，极快的响应能力，极强的互联能力与并行能力，极大的存储能力。光子静止质量为零，但是可以传输电磁能和动能，也可以传输偏振特性。光子在真空中以光速传播，在其他介质中速度会有所减小。2、为什么说光波是理想的信息载体，光纤是理想

2、的光信息传输介质？在信息传输过程中有多种信息的载体，如电、光、声等，电磁波是迄今为止最理想的信息载体。在光纤通信中通常用红外波段的电磁波波作为信息的载体，其优势在于1.传输频带宽，通信容量大。2.信息传输的损耗小，容易实现长中继距离的传输。3．可用光纤作为传输，介质损耗小（可达到0.2dB/km），传输速率大（50Tbit/s）。3．描述半导体激光器激光产生的过程，半导体激光器的材料应如何选择。首先，由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态；然后，自发辐射开始发生，产生一系列具有不同波长的光子源；有些光子经过频率选择并获得了反馈，重新进入增益介质；这些被反馈会回来的光子会使处于激发态的增益

3、介质受激跃迁，并发生受激辐射，产生更多与之类似的光子；上述过程反复发生；直到激光器中只存在经过选频的频率和增益大于损耗的光频率存在。这时输出的激光实际上是从半导体激光器谐振腔中泄漏出来的激光，谐振腔中的激光强度要远大于输出的激光强度。选择半导体激光器的材料首先应该考虑该材料的能带间隔，只有增益谱峰值在需要的波长上才是理想的材料；另外，必须选择直接带隙材料，这样的材料能更有效地受激发射光子。4．要实现高效的半导体激光器，应如何设计其结构？对于实现高效的半导体激光器，主要从提高激光器的阈值特性，转换效率以及线宽特性等方面考虑。在其结构设计中多采用双抑制节的结构，以获得高效的器件效率。1.实

4、现了载流子的限制，双抑制节结构在有源区形成了可以限制载流子的势阱，在有源区内载流子浓度很高，实现了很大的粒子数反转，极大增加了电光转换效率，阈值也得到降低。2.条带状几何结构，将驱动电流限制在小有源区结构上，有源区上得到较大的电流密度，获得很高光增益，阈值降低，同时小的光发射区有利于光纤的耦合3.双抑制节结构的LD不同部分折射率有差异，载流子浓度差亦影响折射率分布，得到类波导结构，由此形成在有源区实现了全反射，腔内光子密度增大，阈值降低，同时光子出射方向受限，获得更好的方向性，5、实现可调谐半导体激光器，主要有哪些方法？各自特点如何？可调谐半导体激光器主要有机械调谐，温控调谐，注入电流

5、调谐几种方法实现调谐。机械调谐6、直接调制与外调制的主要特征直接调制：通过调制半导体激光器有缘区的注入电流将信息调制到发射光波上面。优点：结构简单，紧凑，成本低，插入损耗小。缺点：调制频率受到张弛振荡频率的限制，即使采用量子阱结构商用的调制速率小于10Gbit/s；在直接调制中会产生严重的啁啾，限制了传输的范围。调制消光比较外调制低。另外，直接调制和高色散光纤结合运用可以实现增益开关，脉冲压缩，和短脉冲的产生（用作RZ源）。外调制：优点：调制速率高，可以实现高速信号的调制，低的啁啾，调制产生边带少，低调制变形，高消光比，可以实现多种调制码型，格式。缺点：需要除激光器额外的器件，增加成本

6、，结构相对复杂，增加了额外的插损。7．LiNbO－MZ强度调制与电吸收调制的主要工作原理。3根据LiNbO晶体的介电张量，我们可以知道，在外界电场的作用下，在LiNbO晶体33中传输的光会发生相移，这相当于LiNbO晶体的折射率发生改变，所以我们可以通过改变3LiNbO晶体中的电场来控制光通过该介质的相移大小，在LiNbO－MZ调制其中，光被33分束进入LiNbO－MZ调制器的两支LiNbO臂中，当给这两臂分别加电场时就可以在这33两臂得到不同的相移，在耦合处会发生干涉，干涉就会会产生强度调制。电吸收调制是一种损耗调制方式。其工作原理是：改变调制器上的电压，使多量子阱（MQW）的吸收边

7、界波长发生变化，进而控制光束的通断，实现调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出功率最大，电压增大，多量子阱（MQW）吸收边移向长波长，于是原波长处的吸收系数变大，调制器成断状态，输出功率最小。8.试画出实现NRZ、RZ、RZ－DPSK调制的原理图。答：马赫－泽德调制器的工作原理如下：MZM由两个3dB耦合器级联而成，光在进入MZM时被一分为二，当MZM两臂施以电压后，它的折射率会发生变化，从而导致两部分入射光的相位发生改变，最后干涉输出，