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《《光纤通信》第3章课后习题答案.docx》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计算一个波长为习题二■二1」m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■二Vim的光子能量为343江10m/s20E二hfc二he/,二6.6310—JS61.9910-J105对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为E=hfc=6.6310-Js11O6HZ=6.6310“JE=hfc=6.6310少Js100106Hz=6.6310"6J2.太阳向地球辐射光波，设其平均波长'二0.7,射到地球外面大气层的光强大约为I二0.14W/如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试
2、计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。解：光子数为吩101Ihc1O.0.146.6323"0.7汉10工104=3.9810-63•如果激光器在'=0.5Jm上工作，输岀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Ihc16.6310川310s—扌匚05汉10卫二3任1°⑵n=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。激活介质）可实现
3、光放大。6.什么是激光器的阈值条件？答：阈值增益为处于粒子数反转分布的介质（叫Gth=aIn2L其屮〉是介质的损耗系数,ID分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益G—Gh时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2）7.由表达式E=hc/'说明为什么LED的FWH斶率谱宽度在长波长中会变得更宽些?证明：由E二he/,得到厶E二he2heE,可见当E一定时,正比。&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，沉积在P-材料上（P-是P型重掺杂），然后在
4、高阻区进行P型扩散或电离掺杂（叫n层），最后一层是一个N+（M是N型重掺杂）层。咼场区是P区，耗尽区是Pn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0.8波段接收功率是1O=W,计算平均是输出光电流；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=1/3=0.33（2）由量子效率土£巳二土“得到Pn/hVPneIp/e忙Pn=2.210A=22nARn/hv（3）GaAsPIN的禁
5、带宽度为Eg=1.424eV,则截止波长为10.什么是雪崩增益效应？答：一次光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，光生电子一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一空穴对。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1.3」m和1.55〃m波长时的响应度，说明为什么在1.55〃ni处光电二极管比较灵敏。解：1.3时的响应度为R二空=0.84A/W；1.2
6、40.8S.551A/Wo1.55m时的响应度为R因为响应度正比于波长，故在1.55处光电二极管比1.3处灵敏。12.光检测过程屮都有哪些噪声？答：量子噪声，暗电流噪声，漏电流噪声和热噪声。补充题1.一束光在介质中传播时，其光强I随传播距离z的变化通常表示为I二1冷"7=其中I。为初始光强，G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dz的一层介质时，其光强由I变为Idi,在光放大时di0,可写成di二Gldz,即di/I二Gdz,若G为常数，则积分得到I二1。屮
7、在衰减时，di:::0，可写成dl二Idz,即dl/I二一dz,若〉为常数，则积分得到I二IoeJ=:所以，当光放大和光衰减同时存在时，便有I=1^273显然，此式成立的条件是：G,:•都与I,z无关。补充题2.设LD的光学谐振腔长为L，谐振腔前、后镜片的光强反射系数分别为ri,r:,谐振腔介质的光强损耗系数为：，谐振腔的光强增益系数为G,试证明：激光所要求的谐振条件(阈值增益条件)为C1,1GIn2Lr：r；解:在谐振腔内任取一点z,此点光强l(z),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
8、向右传播回到Z点，则光强变为1(z2L)=1(z)rr：e'c-：山显然，产生激光的条件为返回Z点的光强要大于z点发出的光强l(z2L)l(z)1rlr2即I(z)rr2eV色1⑵，得到rr：e'G^L>1,因而G〃；八Ln2L11记GhIn,是谐振腔的总损耗，只有增益G_G：h时，才能产生激光，故把山叫激光器的阈显然，此式成立的条件是：G,:•都与I,z无关。显然，此式
