光纤通信与信息处理技术复习资料ppt课件

光纤通信与信息处理技术,复习课,考试类型,一、填空题二、问答题三、证明题四、计算题五、设计题,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”，成为现代光通信的雏形。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。以光为载波的通信方式。4、光纤中的纤芯折射率必须大于包层折射率，单模光纤纤芯直径一般为9到10m，多模光纤纤芯直径一般为50m至100m，光纤包层直径一般为。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）,一、填空题,6、光纤主要的传输特性有损耗和色散。8、常用光源LD是以为基础发光，LED以为基础发光。9、光与物质作用时有自发辐射、受激吸收和受激辐射三个物理过程。10、（半）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，基本原理是通过过程实现。11、无源器件主要有光连接器、光耦合器、光开关、光隔离器、光衰减器和光调制器、光开关等。,12、在光纤通信系统中，对光源的调制可分直接调制和间接调制两类。13、光接收机中的噪声主要来源于和，为抑制噪声，一般要求前置放大器应满足、和的要求，目前常用的前置放大电路为型。14、光缆常用码型有、。电缆常用码型有和。,161970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（）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（）和外围的（）同轴组成的圆柱体，光能量主要在（）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（）、（）和自脉动现象。19光有源器件与无源器件的本质区别是（）。20光纤数字传输系统的误码性能用（）来衡量。,21半导体激光器是光纤通信中的理想光源，其发光波长与光纤的（）一致，并且对半导体激光器可直接调制等。,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？2、光纤通信有哪些优点？3、简述单向传输光纤通信系统的基本组成。4、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？5、什么叫光纤色散？试分析造成光脉冲展宽的原因？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？7、LED和LD的有哪些区别？,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？9、光波分复用器与定向耦合器有何区别？10、光隔离器在光纤线路上作用是什么？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？12、简述半导体激光器发光的基本原理。,13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？14说明为什么光电二极管有一定的波长响应范围？15什么是Pockel效应？什么是Kerr效应？,二、问答题2、（1）容许频带很宽，传输容量很大。（2）损耗小，中继长且误码率很小。（3）重量轻，体积小。（4）抗电磁干扰性能好。（5）泄漏小，保密性好。（6）节约金属材料，有利于资源合理使用。3、信源、电发射机、光发射机、光接收机、电接收机,1光功率为的一个很窄的光脉冲，经过光纤传输后，输出光脉冲为:为高斯波形，其中为光脉冲的均方根值，试证明FWHW（全宽半高度）带宽为：,三、证明题,2当向半导体激光器中输入电流脉冲时，在厚度为d的复合区内，注入的载流子对的浓度n随时间的变化遵循如下关系式：（a）当电流密度在阈值附近时，注入的载流子对浓度为，假设此时复合区内平均载流子寿命为，也就是说在稳态有，因此：,若输入强度为的电流脉冲到未偏置的半导体激光器中，证明受激辐射开始的时延为:在这里，假设I=JA，其中J是电流密度A是有源区面积。（b）若激光器的预偏置电流密度为，此时初始额外载流子对的浓度，则输入电流脉冲时，有源区的电流密度为在这种情况下，推导公式：,3.如果功率为,的光入射到一个光电二极管上，此光电二极管的电子空穴产生的速率,由下式给出：,其中,是单位面积入射的光通量，由下式给出：,等式中，A是检测器的面积。由此证明耗尽区宽度为W时的初级光电流为：,四计算题,1、设阶跃折射率光纤的纤芯折射率和包层折射率分别为，工作波长，计算：（1）单模传输时，光纤的纤芯半径的最大值。（2）光纤的数值孔径。（3）入射光纤端面的光线容许的最大入射角。2、光纤制造商想制备石英纤芯的阶跃光纤，其V=75,数值孔径NA=0.30,工作波长为820nm,如果，则纤芯尺寸为多大？包层折射率为多大？,，,3、在下列情况中，计算光纤的数值孔径;阶跃塑料光纤，其纤芯折射率，包层折射率:阶跃光纤，具有石英纤芯：和硅树脂包层：.,2、某阶跃折射率光纤的纤芯折射率n1=1.50,相对折射率差0.01,试求：1)光纤的包层折射率n2？2）该光纤数值孔径NA？3、阶跃光纤中相对折射率差0.005,n1=1.50,当波长分别为0.85m和1.31m时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少？4、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV,InGaAsP材料的Eg=0.96eV,求各自的发射光子波长。,5、某半导体激光器LD由材料制成，其中表示成分数且满足，这种材料的带隙能量求该LD能覆盖的波长范围。,7、已知PIN光电二极管的量子效率70，接收光波长为1.55m,求PIN的响应度R？如果入射光功率为100w，求输出电流是多少？8、某APD管用于波长1.55m，其平均雪崩增益为20，响应度为0.6AW，当每秒钟有1000个光子入射时，计算其量子效率和输出光电流。,9考虑一段由阶跃光纤构成的5km长的光纤连路，纤芯折射率，相对折射率差为,求接收端最快和最慢的模式之间的时延差。,10有两个材料的LED：其中一个带隙能量为1.540eV;另外一个。根据经验公式的带隙能量(1)求出第一个LED的Al摩尔比例x和发光波长；(2)求出第二个LED的带隙能量和发光波长。,11.对于22耦合器，设A和B是分别表示输入和输出波长强的矩阵。其中,，对第一个