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时间:2020-04-27
《《光纤通信》第3章课后习题答案.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1.计算一个波长为的光子能量,分别对1MHz和100MHz的无线电做同样的计算。解:波长为的光子能量为对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为2.太阳向地球辐射光波,设其平均波长,射到地球外面大气层的光强大约为。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池,试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。解:光子数为3.如果激光器在上工作,输出1W的连续功率,试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。解:粒子数为4.光与物质间的相互作用过程有哪些?答:受激吸收,受激辐射和自发辐射。5.什么是粒子数反转?什么
2、情况下能实现光放大?答:粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质(叫激活介质)可实现光放大。6.什么是激光器的阈值条件?4答:阈值增益为其中是介质的损耗系数,分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益时,才能有激光放出。(详细推导请看补充题1、2)7.由表达式说明为什么LED的FWHM功率谱宽度在长波长中会变得更宽些?证明:由得到,于是得到,可见当一定时,与成正比。8.试画出APD雪崩二极管结构示意图,并指出高场区及耗尽层的范围。解:先把一种高阻的P型材料作为外延层,沉积
3、在P+材料上(P+是P型重掺杂),然后在高阻区进行P型扩散或电离掺杂(叫π层),最后一层是一个N+(N+是N型重掺杂)层。高场区是P区,耗尽区是Pπ区。9.一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所以的电子都被收集,那么(1)计算该器件的量子效率;(2)在波段接收功率是,计算平均是输出光电流;(3)计算波长,当这个光电二极管超过此波长时将停止工作,即长波长截止点。解:(1)量子效率为4(2)由量子效率得到(3)GaAsPIN的禁带宽度为,则截止波长为10.什么是雪崩增益效应?答:一次光
4、生载流子穿过一个具有非常高的电场高场区。在这个高场区,光生电子-空穴可以获得很高的能量。他们高速碰撞在价带上的电子,使之电离,从而激发出新的电子-空穴对。新产生的的载流子同样由电场加速,并获得足够的能量,从而导致更多的碰撞电离产生,这种现象叫雪崩效应。11.设PIN光电二极管的量子效率为80%,计算在和波长时的响应度,说明为什么在处光电二极管比较灵敏。解:时的响应度为;时的响应度为。因为响应度正比于波长,故在处光电二极管比处灵敏。12.光检测过程中都有哪些噪声?答:量子噪声,暗电流噪声,漏电流噪声和热噪声。补充题1
5、.一束光在介质中传播时,其光强随传播距离的变化通常表示为,其中为初始光强,为光强增益系数,为光强损耗系数。试推到这个式子,并说明此式成立条件。解:设光束通过厚度为的一层介质时,其光强由变为4,在光放大时,可写成,即,若为常数,则积分得到;在衰减时,,可写成,即,若为常数,则积分得到;所以,当光放大和光衰减同时存在时,便有。显然,此式成立的条件是:都与无关。补充题2.设LD的光学谐振腔长为,谐振腔前、后镜片的光强反射系数分别为,谐振腔介质的光强损耗系数为,谐振腔的光强增益系数为,试证明:激光所要求的谐振条件(阈值增益
6、条件)为解:在谐振腔内任取一点,此点光强,该光强向右传播到前镜片,经反射后向左传播到后镜片,再经过反射向右传播回到点,则光强变为显然,产生激光的条件为返回点的光强要大于点发出的光强即,得到,因而记,是谐振腔的总损耗,只有增益时,才能产生激光,故把叫激光器的阈值条件。4
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