信息光电子技术题目

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1、光电子信息技术2011年一、在信息光电子技术中，光波通常是被束缚在波导中传输的。列举两种不同的波导结构，简述其传输光波的物理机制。（8分）圆柱：光纤平板二、从结构、原理、性能和应用方面，比较半导体光放大器与半导体激光器的异同点。（8分）半导体光放人器（SOA）工作原理与半导体激光器类似：受激辐射.（因此结构相似）不同点：LD中激发受激辐射的光了•产生于自发辐射，放大的自发辐射；SOA中激发的光了•是外界的输入信号，放大光信号；1_0屮端面反射率越高，越容易激射（镀增反膜）；SOA中镀增透膜。结构：LD:增益导引半导体激光器和折射率导引半导体激光器SOA：FP谐振腔性能：应用：SOA：既可用于

2、光纤通信系统作为串级全光屮继放人器和光接收机的前置放人器，也可用于局域网巾作为分支损耗补偿放大器；既可用于强度调制直接检测（IM/DD）光纤通信系统，也町用于相千光纤系统。LD：单纵模半导体激光器.•DFB半导体激光器和耦合腔半导体激光器三、光信息在光纤中传输时，会受到那些光学非线性效应的影响？从“利”与“弊”两方面论述这些非线性效应的影响。（10分）光纤屮的非线性效应主要奋：受激拉熒散射（SRS）,受激布里渊散射（SBS）,£）相位调制（SPM）,交叉相位调制（XPM）,四波混频（FWM）oSRS和SBS都足介质对光场的受激散射引起非弹性效应。在这个过程屮光场将部分能景转移至非线性介质。其

3、过程可以解释为：一个入射光场的光子湮灭，产生一个红移光子（Stokes光）和一个具冇适当能S和动虽的（SBS）声学/（SRS）光学声了，以满足能虽/动量守恒。出来的光子和原光子波长不同。SBS中,Stokes光只能是背向散射;SRS中可以是前向/背向散射。SBS：在朝向光源的方向上产生增益，会引起光源不稳定。SRS:由于带宽很宽，在WDM系统中将造成信道间的耦合，使误码率增加。在高功率传输吋，两者均能导致相当大的损耗。SBS，SRS的存在将引入功率代价，并使传输光波叠加强度噪声从而使光束质量变差。但他们能通过将具有合适波长的泵浦场的能传给M—波长的光场，使该光场得到放人而加以利用。例如，喇曼

4、增益已用于补偿光孤了传输中因光纤损耗而失去的能fi,实现光孤子长距离稳定传输。SRS也能用于制造光纤喇曼激光器和放人器，这种放人器可用作光接收机的前置放大器，也能在多信道通信系统中M吋放大多路信号。SBS也能川于制造布里渊放大器。由于其增益谱宽窄，放大器的带宽也很窄，可用于多信道通信系统选择信道，提高接收机灵敏度。SPM，XPM,FWM都足由介质屮的非线性电极化率引起的弹性效应。白相位调制（SPM）:即信号光强的瞬时变化引起ft身的相位调制。光纤的折射率随信道功率而变，从而导致光脉冲前后沿的附加调相和频谱展宽（啁啾），经光纤色散转化为时域波形畸变。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散奋关。在

5、光纤正色散区屮，沿着光纤传输的信号经历竹吋的较大展宽，但在负色散区，光纤的色散与A相位调制相互作用能支持超短光孤子脉冲传输，实现新的光孤子通信，是非线性折射率的重耍应用。互相位调制（XPM，CPM）：WDM系统巾菜一信道的相位受到其它信道功率变化的调制,经光纤色散转化为强度噪声。SOA中的XPM于町用全光逻辑门如全光XORPj等。四波混频（FWM>:WDM系统屮信道M相互作产生新的频率，当K落入已右信道带宽内吋造成强度起伏引入信道间的串扰。同吋FWM还可以用作全光波长转换等应用。Ml：另外由于一个信道本身有宽度，在传输过程中，信号谱线中心附近的噪声被放大，并通过类似于四波混频的过程转化为信兮

6、输出端的强度噪声。这被称为调制不稳定Ml。四、光的相位是一个很重要的参数，举例说明光的相位在光信息产生，传输及光信息处理等方面的应用。（10分）五、利用已学的信息光电子器件及其组合，构建五种反射波长ISSOnm波长的全反射镜，并画出示意图。（10分）六、在信息光电子技术中的哪些场合会产生啁啾？应如何控制啁啾，使其在光信息技术中发挥有益的作用？（10分）①激光器激光器中芯注入的punp电流或偏执电流发生变化，就会导致频率啁啾，如直接调制的激光器；同吋若激光器的温度发生变化，或足激光器的核心元件受到应力或是振动的影响，也会产生频率啁啾；这将导致激光器输出的不再是单一频率而是有一定线宽的光波。②调

7、制器所杏调制器屮，只要是通过改变波异折射率来实现光波调制的器件，在实际情况屮都会引入一•定的频率啁啾，如MZM、EAM等。这将给所调制的光巾引入一定的频率分量，如果该频率分暈不是系统没计中所需要的，将会导致调制器输出的信号质景降低。③SOA由于SOA的增益饱和效应，对脉冲的不同部分，SOA所产生的增益不同，因此会产生一个与吋间ffl关的移和频率啁啾，将会导致所放大脉冲的展宽并有可能导致多个峰的岀现。④波导中的