《光纤通信》第3章作业答案.doc

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1、第3章习题及答案一．填空1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的工作物质，能够使工作物质处于粒子数反转分布的，能够完成频率选择及反馈作用的。答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN节加偏压来实现。PN结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N区的电子向P区扩

2、散，P区的空穴向N区扩散，使得P区和N区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。答案：正向。4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫，用表示。当时，激光器发出的是，因此光谱很宽，宽度常达到几百埃；当时，激光器发出的是，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加，表面发出的是激光。答案：阈值电流，荧光，激光。5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越；数值孔径越大，耦合效率越

3、。答案：低，高。6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用；当发光面积小于纤芯截面积时，用。答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误）7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是。答案：（或）。8．判断单模激光器的一个重要参数是，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。答案：边模抑制比。二．判断题1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。（）正确2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。（）

4、正确3．LED与单模光纤的耦合效率低于LD与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED耦合效率低。（）错误，边LED比面LED耦合效率高4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。（）错误。应该小于。5．设计工作于1.55μm的光检测器同样能用作1.3μm的光检测器，且在长波长灵敏些。（）正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。三．选择题51．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（）A．F-P激光器是多模，DFB和DBR激光器是单模激光器B

5、．光学谐振腔可以是平面腔也可是球面腔C．要求全反射镜的反射系数，部分镜的反射系数D．只有当外加正向电流达到某一值时，才会产生激光答案：C，应该是要求全反射镜的反射系数，部分镜的反射系数2．对于激光器的温度特性下列说法错误的是（）A．随温度的升高，阈值电流减小B．随温度的升高，量子效率减小C．结发热效应会引起脉冲失真D．可用环境温度控制法和半导体致冷器进行温度控制答案：A3．下列说法错误的是（）A．PIN吸收一个光子只产生一个电子B．APD能产生二次电子-空穴对C．APD吸收一个光子只产生一个电子D．

6、APD和PIN都是加负偏压答案：C三．问答1．何谓F-P激光器、DFB激光器、DBR激光器？答：F-P激光器叫法布里-珀罗（Fabry-Perot）激光器，属于多模LD。它是利用有源区晶体的天然解理面构成光学谐振腔（叫法布里-珀罗谐振腔），这种谐振腔属于平行端面反射型。DFB激光器叫分布反馈（DistributedFeedback）激光器，属于单模LD。DFB激光器的谐振腔不是平行端面反射型，而是沿有源区纵向制成周期性的光栅，通过光栅的每个斜面反射回一部分光（叫布拉格反射作用）来形成谐振腔。DBR激

7、光器叫分布布拉格反射（DistributedBraggReflector）激光器，属于单模LD。DBR激光器的谐振腔也不是平行端面反射型，而是在有源区两个端面外制成周期性的光栅，通过两个光栅的布拉格反射作用来形成谐振腔。2．LED与LD发射的光子有什么不同？答：LED是因自发辐射而发光的，发射的光子频率、相位、偏振状态及传播方向是无规律的，输出具有较宽的频率范围的非相干光。LD是因受激发射而发光的，发射的光子同频、同相、同偏振方向，输出相干光。3．列表说明PIN和APD的结构、工作电压、工作机理之特

8、点。特点PINAPD结构薄的p区和n区之间夹入较厚的I区，I区是耗尽区（光子吸收区）薄的重掺杂p+区和n+区之间夹入较厚的I区和薄的p区，I区是耗尽层区（光子吸收区），区是碰撞电离区（比I区电场大）工作电压负偏压（几至几十伏）负偏压（几十至几百伏）工作机理1入射光子在I区受激吸收产生一次电子-空穴对2一次电子和空穴在I区强电场作用下分别向n区和p区快速漂移形成一次光生电流1入射光子在I区受激吸收产生一次电子-空穴对2一次电子和空穴在I区强电场作用下分别向n区和p区快速