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1、第第1 1章章 概论概论 光纤通信与信息处理技术光纤通信与信息处理技术复习课复习课第第1 1章章 概论概论 考试类型考试类型 一、填空题一、填空题 二、问答题二、问答题 三、三、证明题证明题 四、四、计算题计算题 五、五、设计题设计题第第1 1章章 概论概论 1、1880年，美国人（贝尔贝尔）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 光纤光纤 为传输媒质。以 光光 为载波的通信方式。4、光纤中的纤芯折射率必须大于大于包层折射率，单模光纤纤芯直径一般为 9到到10 m，多模光纤纤
2、芯直径一般为50m至至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反映了光纤的聚光能力）一、填空题第第1 1章章 概论概论 6、光纤主要的传输特性有损耗损耗和色散色散。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自发辐射、受激吸收受激吸收和受激辐射受激辐射三个物理过程。10、（半）导体光检测器主要有PIN光电二极管光电二极管和雪崩光电二极管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连接器、光耦合器光耦合器、光开关光开关、光光隔离器隔离器、光衰减器光衰减器和光调制器、光开关
3、等。第第1 1章章 概论概论 12、在光纤通信系统中，对光源的调制可分直接调制直接调制和间接调间接调制制两类。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 。第第1 1章章 概论概论 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（）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
4、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。第第1 1章章 概论概论 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。第第1 1章章 概论概论 二、问答题二、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？第第1 1章章 概论概
5、论 8、什么是量子效率和响应度？耗尽区宽度对量子效率有、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？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？、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、简述半导体激光器发光的基本原理。第第1 1章章 概论概论 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？说明为什么光电二极管有一定的波长响应范围？15什么是什么是Pockel效应？什么是效应？什么是Ke
6、rr效应效应？第第1 1章章 概论概论 二、问答题二、问答题 2、（、（1）容许频带很宽，传输容量很大。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。损耗小，中继长且误码率很小。（3）重量轻，体积小。重量轻，体积小。（4）抗电磁干扰性能好。抗电磁干扰性能好。（5）泄漏小，保密性好。泄漏小，保密性好。（6）节约金属材料，有利于资源合理使用。节约金属材料，有利于资源合理使用。3、信源、信源、电发射机、光发射机、电发射机、光发射机、光接收机、光接收机、电接收机电接收机 第第1 1章章 概论概论 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
7、的均方根值，试证明FWHW（全宽半高度）带宽为：三、证明题第第1 1章章 概论概论 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：第第1 1章章 概论概论 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：第
8、第1 1章章 概论概论 3.3.如果功率为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：由下式给出：其中其中是单位面积入射的光通量，由下式给出：是单位面积入射的光通量，由下式给出：等式中，等式中，A A是检测器的面积。由此证明耗尽区宽度为是检测器的面积。由此证明耗尽区宽度为W W时的初级光电流为：时的初级光电流为：第第1 1章章 概论概论 四计算题四计算题 1 1、设阶跃折射率光纤的纤芯折射率和包层折射率分别为、设阶跃折射率光纤的纤芯折射率和包层折射率分别为 ，工作波长工作波长 ，计算：，计算：（1
9、 1）单模传输时，光纤的纤芯半径的最大值。）单模传输时，光纤的纤芯半径的最大值。（2 2）光纤的数值孔径。）光纤的数值孔径。（3 3）入射光纤端面的光线容许的最大入射角。）入射光纤端面的光线容许的最大入射角。2 2、光纤制造商想制备石英纤芯的阶跃光纤，其光纤制造商想制备石英纤芯的阶跃光纤，其V=75,V=75,数值孔径数值孔径NA=0.30,NA=0.30,工作波长为工作波长为820nm,820nm,如果，则纤芯尺寸为多大？包层折射如果，则纤芯尺寸为多大？包层折射率为多大？率为多大？，第第1 1章章 概论概论 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
10、光纤，具有石英纤芯：和硅树脂包层：.第第1 1章章 概论概论 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。第第1 1章章 概论概论 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
11、围。第第1 1章章 概论概论 7、已知、已知PIN光电二极管的量子效率光电二极管的量子效率70，接收光波长接收光波长为为1.55m,求求PIN的响应度的响应度R？如果入射光功率为如果入射光功率为100w，求输出电流是，求输出电流是多少？多少？8、某、某APD管用于波长管用于波长1.55m，其平均雪崩增，其平均雪崩增益为益为20，响应度为，响应度为0.6AW，当每秒钟有，当每秒钟有1000个光子入射时，计算其量子效率和输个光子入射时，计算其量子效率和输出光电流。出光电流。第第1 1章章 概论概论 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
12、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。第第1 1章章 概论概论 11.11.对于对于22耦合器，设耦合器，设A和和B是分别表示输入和输出波长强的矩阵。其中是分别表示输入和输出波长强的矩阵。其中 ，对第一个输入端口给定输入对第一个输入端口给定输入，假定第二个输入端口没有入射功率，即，假定第二个输入端口没有入射功率，即 。,试求用散射矩阵试求用散射矩阵中元素中元素表示的传输率表示的传输率T和反射率和反射率R的表达式。的表达式。第第1 1章章 概论概论 五、设计题五、设计题 1、设计一个与入射光偏振方向无关的光隔离器，用图示表、设计一个与入射光偏振方向无关的光隔离器，用图示表示，并说明各器件的作用。示，并说明各器件的作用。2、用图示说明时分光交换的原理，并给出必要的说明。、用图示说明时分光交换的原理，并给出必要的说明。