《光纤通信》第3章作业答案.doc

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 。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。 （ ）正确3LED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1.55 m的光检测器同样能用作1.3 m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1对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ）AF-P激光器是多模，DFB和DBR激光器是单模激光器B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（ ）APIN吸收一个光子只产生一个电子BAPD能产生二次电子-空穴对CAPD吸收一个光子只产生一个电子DAPD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（Distributed Feedback）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激光器叫分布布拉格反射（Distributed Bragg Reflector）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。2LED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区快速漂移形成一次光生电流。其中达到p区的一次电子在p区更强电场作用下获得更大加速，碰撞原子产生二次电子-空穴对3二次电子和空穴继续加速，碰撞原子产生三次电子-空穴对形成雪崩倍增。四计算证明题1试证明：长波长光源的谱线宽度要大于短波长光源的谱线宽度。解：因为，所以，故得到可见：当（能量变动范围）固定时，则（波长变动范围）与成正比。2理论指出，LD的纵模频率间隔，其中是谐振腔内半导体材料的折射率，是谐振腔的长度。若某一GaAs激光二极管的，试问该激光器的纵模波长间隔是多少？解：因为，所以。若和都取绝对值，则得纵模波长间隔为3已知GaAs激光二极管的中心波长为，谐振腔长为。材料折射率为3.7。若在范围内，该激光器的光增益始终大于谐振腔的总衰减，试求该激光器中可以激发的纵模数量。解：由于纵模波长间隔为所以，可以激发的纵模数量为4已知LD的波长为，微分量子效率为10%，试求该LD的P-I特性曲线的斜率，此斜率是否包含阈值电流以下的部分？答：LD的微分量子效率为所以，LD的P-I特性曲线的斜率为此斜率不包含阈值电流以下的部分。5LED的量子效率定义为若波长的LED，当驱动电流为50mA时，产生2mW的输出光功率。试计算量子效率。解：量子效率为6若LED的波长为，正向注入电流为，量子效率为0.02，求LED发射的光功率有多大？解：由上题知LED的量子效率为所以7已知：（1）Si-PIN光电二极管，量子效率，波长；（2）Ge光电二极管，。计算它们的响应度R。解：（1）Si-PIN光电二极管：；（2）Ge光电二极管：。说明在长波长比较灵敏些。8一个光电二极管，当时，响应度为0.6A/W，计算其量子效率。解：量子效率9试证明