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光纤通信第三章至第八章习题解答光纤通信第三章至第八章习题解答 第三章习题第三章习题 1、比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（、比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（LD）有哪些特 性？半导体发光二极管（ ）有哪些特 性？半导体发光二极管（LED）有那些特性？）有那些特性？ LD和和LED都可以用作通信光源。都可以用作通信光源。LD原理是受激辐射，而原理是受激辐射，而LED是自发辐射。 是自发辐射。 LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，其发出的光谱线窄，适宜于 高速率系统； 是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，其发出的光谱线窄，适宜于 高速率系统；LED没有阈值，结构简单，但其谱线较宽，适用于要求较低的 场合。 没有阈值，结构简单，但其谱线较宽，适用于要求较低的 场合。 2、为什么、为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈 值电流与激光器的使用温度、使用时间有什么关系？ 要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈 值电流与激光器的使用温度、使用时间有什么关系？ LD加正向偏置电压用以克服加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成 粒子数反转分布。激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。 结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成 粒子数反转分布。激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。 4、已知半导体材料、已知半导体材料GaAs的的Eg1.43eV，InGaAsP的的Eg=0.96eV，分别求 由这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。 ，分别求 由这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。 可由可由hf = E计算出对应的光频率，其中计算出对应的光频率，其中h 为普郎克常量，然后再将频率换算 至对应的光波长。 为普郎克常量，然后再将频率换算 至对应的光波长。 5、目前光纤通信中为什么普遍采用双异质结结构的条形半导体激光 器作为光源？比较增益波导型和折射率波导型两种条形激光器各有什 么特点？ 、目前光纤通信中为什么普遍采用双异质结结构的条形半导体激光 器作为光源？比较增益波导型和折射率波导型两种条形激光器各有什 么特点？ 异质结和同质结结构激光器在阈值电流密度上存在较大差别，参见异质结和同质结结构激光器在阈值电流密度上存在较大差别，参见3.1.1。 增益波导型和折射率波导型激光器的区别参见增益波导型和折射率波导型激光器的区别参见3.1.1。 6、在光纤通信系统中对、在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要求？在驱动电路和偏置电路有什么要求？在LD驱 动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏 置电流加得过大或过小对 驱 动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏 置电流加得过大或过小对LD的调制特性会产生什么影响？的调制特性会产生什么影响？ 对对LD驱动电路和偏置电路的要求是驱动电路和偏置电路的要求是 输出的光脉冲峰值保持恒定输出的光脉冲峰值保持恒定 ? 光脉冲的通断比应? 光脉冲的通断比应10 ? 激光发射的时间必须远短于码元时间? 激光发射的时间必须远短于码元时间 ? 采用阻尼电路以避免张驰振荡? 采用阻尼电路以避免张驰振荡 因为因为LD是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发出激光，为使得较 小的数据电流 是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发出激光，为使得较 小的数据电流ID 亦可产生足够的光输出，因此需要加偏置电流亦可产生足够的光输出，因此需要加偏置电流IB ，IB 的选取原 则是略小于 的选取原 则是略小于Ith 。太小的。太小的IB 需要较大的需要较大的ID 才能满足阈值条件；太大的才能满足阈值条件；太大的IB 会引起消 光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。 会引起消 光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。 9、在数字光纤通信系统中，选择线路码型时要考虑哪几 个因素？ 、在数字光纤通信系统中，选择线路码型时要考虑哪几 个因素？ 某数字光纤通信系统中， 信息码速为某数字光纤通信系统中， 信息码速为 139.264Mbit/s，若采用，若采用5B6B码其线路码速为多少？若采码其线路码速为多少？若采 用用4B1H线路码速又为多少？线路码速又为多少？ 线路码型的选取原则参见线路码型的选取原则参见3.3.2。 除扰码外，字变换码和插入码都会提高线路传输速率，本题中，除扰码外，字变换码和插入码都会提高线路传输速率，本题中， 5B6B码型：码型： 线路速率为线路速率为139.2646/5=167.1168Mbit/s 4B1H码型：码型： 线路速率为线路速率为139.264(4+1)/4=174.08Mbit/s 10、目前在光纤通信系统中对光源的调制采用的、目前在光纤通信系统中对光源的调制采用的PCM 脉码强度直接调制方式有什么特点？脉码强度直接调制方式有什么特点？ 直接调制的特点参见直接调制的特点参见3.2.1。 第四章习题第四章习题 1、光纤通信系统对光检测器有什么要求？比较、光纤通信系统对光检测器有什么要求？比较PIN和和APD各自的特 点。 各自的特 点。 参见参见4.1，光纤通信系统对光检测器的基本要求是：，光纤通信系统对光检测器的基本要求是： ? 波长段内响应度或灵敏度要高? 波长段内响应度或灵敏度要高 ? 具有足够的带宽和响应速度? 具有足够的带宽和响应速度 ? 由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并联电导必须最小? 由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并联电导必须最小 ? 较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命? 较低的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命 ? 较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装? 较小的几何尺寸，便于与光纤及其他电路组装 APD具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。具有雪崩效应，倍增电流较大，但是噪声也较大。 4、何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电流的存在对信号的接收 会产生什么影响？ 、何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电流的存在对信号的接收 会产生什么影响？ 处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照时仍有电流流过，这部分电流称为暗 电流。光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响与消光比的影响相似。暗电流 与光源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。 处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照时仍有电流流过，这部分电流称为暗 电流。光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响与消光比的影响相似。暗电流 与光源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。 6、接收机中的噪声包括哪些？这些噪声是怎么产生的？、接收机中的噪声包括哪些？这些噪声是怎么产生的？ 光接收机中存在各种噪声源，根据噪声产生的不同机理，噪声可分为两类：散粒噪声 和热噪声。接收机中的噪声源及其引入部位参见教材图 光接收机中存在各种噪声源，根据噪声产生的不同机理，噪声可分为两类：散粒噪声 和热噪声。接收机中的噪声源及其引入部位参见教材图4-20所示。所示。 7、何谓动态范围？、何谓动态范围？求该接收机的动态范围值和灵敏 度值。 求该接收机的动态范围值和灵敏 度值。 动态范围、灵敏度及其表示方法等参见教材。动态范围、灵敏度及其表示方法等参见教材。 10lg(0.2w/1mw)=10lg(210-4)=-36.99dBm 10lg(13.6nw/1mw)=10lg(1.3610-4)=-48.67dBm -36.99-(-48.67)11.68dB 所以， 灵敏度为所以， 灵敏度为-48.67dBm ， 动态范围为， 动态范围为11.68dB。 10、光接收机电路中为什么以、光接收机电路中为什么以FET构成最前端的互阻抗放 大器？ 构成最前端的互阻抗放 大器？ 参见参见4.2.1，重点是理解前置放大对高灵敏度和低噪声的要求和，重点是理解前置放大对高灵敏度和低噪声的要求和FET宽频带、低噪声的 特点。 宽频带、低噪声的 特点。 11、列出影响光纤通信系统中接收机灵敏度的各种因素。 并说明这些因素是怎样影响接收机灵敏度的。 、列出影响光纤通信系统中接收机灵敏度