北京化工大学 2013光纤 含答案.doc

一填空题1、1880年，美国人（ 贝尔 ）发明了用光波作载波传送话音的“光电话”，成为现代2、 1966年，英籍华人（ 高锟 ）指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径。3、光纤通信是 光纤 为传输媒质。以 光波 为载波的通信方式。 4、 光纤的主要材料是( 二氧化硅 )，结构从内到外依次是( 纤芯 )、( 包层 )和( 涂覆层 ) 。其中 ( 纤芯 )是光纤导光部分。5、 光纤的数值孔径NA的物理含义是（反映了光纤的聚光能力的物理量。 ） 6、光纤主要的传输特性有 损耗 和 色散_。8、常用光源LD是以 受激辐射 为基础发 相干 光，LED以 自发辐射 为基础发 非相干 光。 9、光与物质作用时有 自发辐射 受激辐射 和 受激吸收 三个物理过程。10、导体光检测器主要有 PIN光电二极管_和 雪崩光电二极管 两种，基本原理是通过_光电效应_过程实现 将电路中的光信号装换为电信号 。11、无源器件主要有光连接器 、光纤耦合器_、波分复用器件 _、 光衰减器 、光隔离器_ 和光调制器、光开关等。12、在光纤通信系统中，对光源的调制可分_内调制技术_和_外调制技术_两类。13、光接收机中的噪声主要来源于光检测器的噪声 和 前置放大器的噪声_ ，为抑制噪声，一般要求前置放大器应满足 高增益 、_和 的要求，目前常用的前置放大电路为 ,高阻_ 型。高输入阻抗 有适当带宽 16 1970年，光纤研制取得重大突破，美国康宁公司成功研制出了损耗为（20dB/km ）的石英光纤，同年光纤通信用的光源也取得了实质性进展。17光纤是由中心的（纤芯 ）和外围的（ 包层 ）同轴组成的圆柱体， 光能量主要在（ 纤芯 ）中传输。18半导体激光器在高速调制下，其瞬态特性会出现许多复杂现象，如（电光延迟 ）、（张弛振荡 ）和自脉动现象。19 光有源器件与无源器件的本质区别是（在实现本身功能的过程中，器件内部是否发生了光电能量转换）。二问答题1、光纤通信中常用的低损耗窗口有几个？其中心波长各为多少？答：低损耗窗口有3个，第一个窗口中心波长为0.85m,第二个窗口中心波长为1.31m，第三个窗口中心波长为1.55m。2、光纤通信有哪些优点？答：容许频带很宽，传输容量很大； 损耗小，中继长且误码率很小； 重量轻，体积小； 抗电磁干扰性能好；泄漏小，保密性好； 节约金属材料，有利于资源合理使用。3、简述单向传输光纤通信系统的基本组成。答：单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。 4、 什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？ 答：光纤损耗：光在光纤中传输时，光纤对光信号的功率有衰减，光的强度将会减弱。原因：吸收损耗（本征吸收、杂质吸收、原子缺陷吸收）、散射损耗（瑞利散射、机构不完善引起的散射）、弯曲损耗（光纤弯曲、光纤微弯）。5、什么叫光纤色散？试分析造成光脉冲展宽的原因？答：光纤色散：在光纤中传输的光由不同的成分组成，到达光纤另一端时延不同，从而引起信号的畸变。 原因：模间色散：多模光纤中同时存在多个传导模式，不同模式的轴向传输速度不同，使得它们到达终端有先有后，引起脉冲展宽。材料色散：光源发出的光是具有一定的谱线宽度，而不同波长的光在光纤中的传播速率不同，因而导致同一个模式的光在光纤中传播也有时延差，输出脉冲产生畸变。波导色散（结构色散）：光在光纤中传播时，由于光的结构不完善引起一部分光进入包层成为包层模，光在包层模的速率比纤芯大，故产生时延差使得脉冲展宽。6、在半导体激光器PI曲线中，哪一段范围对应于荧光，哪一段范围对应于激光？ 8、什么是量子效率和响应度？耗尽区宽度对量子效率有何影响？答：（1）量子效率表示入射光子转换为光电子的效率，它定义为单位时间内产生的光电子数与入射光子数之比。（2）响应度：响应度是描述光检测器能量转换效率的一个参量。它定义为其中，Pin为入射到光电二极管上的光功率；Ip为所产生的光电流。它的单位为A/W。为提高量子效率，必须减少入射表面的反射率，使入射光子尽可能多地进入PN结；同时减少光子在表面层被吸收的可能性，增加耗尽区的宽度，使光子在耗尽区内被充分吸收。9、光波分复用器与定向耦合器有何区别？答：光耦合器实现的是光功率的合与分，光波分复用器实现的是光波长的分与合。11、什么是直接带隙材料？什么是间接带隙材料？什么是同质节？什么是异质节？答：同质结是由P区、N区具有相同的带隙、接近相同的折射率（掺杂后折射率稍有变化，但很小）的同一种半导体材料构成的PN结；异质结是由带隙及折射率都不同的两种半导体材料构成的PN结。12、简述半导体激光器发光的基本原理。半导体激光器工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。14说明为什么光电二极管有一定的波长响应范围？答：由光电效应可知，当光子能量和材料的禁带宽度 Eg 满足 hvEg时，不论入射光子的强度多大，不会发生光电效应；当 hv=Eg 时，即c=hc/Eg时，c 为光电二极管的截至波长，当入射光的波长小于c 时，光电二极管才能发生光电效应，但当入射光的波长太短时，光电转换效率会大大下降，实际上光电二极管对一定波长范围的光才能进行光电转换，这一波长范围称为光电二极管的波长响应范围。15什么是Pockel效应？什么是Kerr效应？ 泡克耳斯效应（Pockels）：平面偏振光沿着处在外电场内的压电晶体的光轴传播时发生双折射现象，且两个主折射率之差与外电场强度成正比，这种电光效应即为泡克耳斯效应。指与电场二次方成正比的电感应双折射现象。放在电场中的物质，由于其分子受到电力的作用而发生取向（偏转），呈现各向异性，结果产生双折射，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同。三、证明题1.整合运营商对密度随时间变化的方程，时间从0 TD（发病时间，受激辐射）。在这个时候，注入载流子对浓度从0变化到第n个。在稳态之前施加脉冲：当施加脉冲时，电流密度变得四计算题：（1）纤芯和包层的相对折射率差D 为时分光交换(TDPS),时分光交换(TDPS)结构原理是什么?时分光交换是以时分复用为基础，把时间划分为若干互不重叠的时隙，由不同的时隙建立不同的子信道，通过时隙交换网络完成话音的时隙搬移，从而实现入线和出线间话音交换的一种交换方式。其基本原理与现行的电子程控交换中的时分交换系统完全相同，因此它能与采用全光时分多路复用方法的光传输系统匹配。在这种技术下，可以时分复用各个光器件，能够减少硬件设备，构成大容量的光交换机。该技术组成的通信技术网由时分型交换模块和空分型交换模块构成。它所采用的空分交换模块与上述的空分光交换功能块完全相同，而在时分型光交换模块中则需要有光存储器（如光纤延迟存储器、双稳态激光二极管存储器）、光选通器（如定向复合型阵列开关）以进行相应的交换。 时分复用是把时间划分成帧，每帧划分为N个时隙，并分配给N路信号，再把N