_4 一階躍折射率光纖，纖芯半徑a=25m，折射率n1=1.5，相對(duì)折射率差=1%，長度L=1km。求：（1）光纖的數(shù)值孔徑NA；（2）子午線線的最大時(shí)延差（3）若將光纖的包層和涂覆層去掉，求裸光纖的NA和最大時(shí)延差答：（1）NA=sinmax=n12-n22 n12 NA1.520.010.212,max2 ，不符合物理意義 NA=1 max=max-minLn1c（n1-n0n0）=2.510-6=2.5s5.在半導(dǎo)體激光器P-I曲線中，那些范圍對(duì)應(yīng)于熒光？那段范圍對(duì)應(yīng)于激光？縱軸：輸出功率橫軸：激光器驅(qū)動(dòng)電流受激輻射：激光輸出自發(fā)輻射：熒光輸出當(dāng)注入電流較小，小于閾值電流時(shí)，對(duì)應(yīng)熒光。當(dāng)注入電流達(dá)到閾值之后，對(duì)應(yīng)激光。2、一個(gè)Ge二極管，入射光波長=1.3m，在這個(gè)波長下吸收系數(shù)=104cm-1,入射角表面的反射R=0.05,P+接觸層的厚度為1m，它所能得到的最大的量子效率為多少？解：=IPe0p0=1-re-1-e-=1-0.05e-104*1041-e-10當(dāng)e-越小，y越大，ymax=0.95e-1=35%12、一半導(dǎo)體激光器，諧振腔長L=300m，工作性質(zhì)的損耗系數(shù)=1mm-1，諧振腔兩端鏡面的反射率R1R2=0.330.33，求激光器的閾值增益系統(tǒng)th。若后鏡面的反射率提高到R2=1，求閾值時(shí)的增益以及閾值電流的變化。答：已知L=30m=0.3mm =1mm R1R2=0.330.33=0.1089由eth-2lR1R2=1 th-2L=ln1R1R2 th-0.6=2.217 th=3.695+ 即th=4.695當(dāng)R2=1 R1R2=0.331由eth-2lR1R2=1 th-2l=ln1R1R2 th-0.6=1.109 th=1.848+ 即th=2.848 th變小，閾值電流也變小11、半導(dǎo)體激光器發(fā)射光子的能量近似等于材料的禁帶寬度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV，某一InGaAsP材料的Eg=0.96eV，,求它們的發(fā)射波長。（eV是能量單位，表示一個(gè)電子在1伏特電壓差下所具有的能量）答=hcEdir=31084.13610-151.43=1.240810-61.43=0.8710-6m=0.87m =hcEdir=31084.13610-150.96=1.240810-60.96=1.2910-6m=1.29m 5.一拉通型APD，光在入射面上的反射率R=0.03，零點(diǎn)場區(qū)厚度很小可以忽略，高場區(qū)和區(qū)的厚度之和為35m。當(dāng)光波長=0.85m時(shí)，材料的吸收系數(shù)，求：(1)量子效率；(2)APD的平均雪崩增益G=100，偏壓下每微瓦入射光功率轉(zhuǎn)換成多微安電流？解：(1) (2) 5.某線路速率622Mbit/s的光再生段，其光接口各部分的參數(shù)如下：光源為MLM激光器，發(fā)送功率(最壞值)為-3dB，光纖均方根寬度為2nm；光纜衰減系數(shù)為0.33dB/km，光纖活動(dòng)連接器損耗為0.2dB/個(gè)，光纖熔接接頭損耗為0.1dB/個(gè)，光纜平均敷設(shè)長度為2km，光纖色度色散系數(shù)為2.2ps/km.nm；光接收機(jī)靈敏度(最壞值)為-28dBm。若光纜富余度取0.05dB/km，請確定該再生段的最長傳輸距離。解：損耗受限最大傳輸距離色散受限最大傳輸距離則再生段最長傳輸距離為42.02km，為色散限制系統(tǒng)。4.已知(1)Si PIN光電二極管，量子效率=0.7，波長=0.85m，(2)Ge光電二極管，=0.4，=1.6m，計(jì)算它們的響應(yīng)度。(1) (2)1、一光電二極管，當(dāng)=1.3m時(shí)，響應(yīng)度為0.6A/W,計(jì)算它的量子效率。解：=1.3m R=0.6A/W由R=e0hc得 =RhCe0=0.66.62610-3431081.310-61.60210-190.5731.階躍型折射率光纖的單模傳輸原理是什么？當(dāng)歸一化頻率V小于二階模LP11歸一化截止頻率，即0V2.40483時(shí)，此時(shí)管線中只有一種傳輸模式，即單模傳輸。2.光與物質(zhì)間的作用有哪三種基本過程？他們各自的特點(diǎn)是什么？答：（1）自發(fā)輻射：處于高能級(jí)電子的自發(fā)行為與是否存在外界激勵(lì)作用無關(guān)，自發(fā)輻射可以發(fā)生在一系列的能級(jí)之間，用此材料的發(fā)射光譜范圍很寬，即使躍迂過程滿足相同能級(jí)差，它們也是獨(dú)立的，隨機(jī)的輻射產(chǎn)生的光子能量相同而彼此無關(guān)，各列光波可以有不同的相位和偏振方向，而且向各空間各個(gè)角度傳播，是一種非相關(guān)光。（2）受激輻射：感應(yīng)光子的能量等于向下躍迂的能級(jí)差，受激輻射產(chǎn)生的光子與感應(yīng)光子全是全同光子，它們是相干的，受激輻射過程實(shí)質(zhì)上是對(duì)外來入射光的放大過程。（3）受激吸收：受激吸收時(shí)需要消耗外來光能，受激吸收過程對(duì)應(yīng)光子被吸收，生成電子一空穴對(duì)的光電轉(zhuǎn)化過程。3.什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？答：處于高能態(tài)的粒子數(shù)多余處于低能態(tài)的粒子數(shù)，N2N1。2. 構(gòu)成激光器必須具備哪些功能部件？有源區(qū)、光反饋裝置、頻率選擇元件、光束的方向選擇元件、光波導(dǎo)。3.在光線通信中，對(duì)光源的調(diào)制可以分為哪兩類？特點(diǎn)是什么？(1)直接調(diào)制：適用于電流注入型(LD、LED)，光強(qiáng)度調(diào)制，原理簡單實(shí)現(xiàn)方便，傳遞信息轉(zhuǎn)變成驅(qū)動(dòng)電流控制發(fā)光，不適合高速長距。(2)間接調(diào)制：適于任何類型，光源發(fā)光、調(diào)制功能分離，不因調(diào)制影響激光器，高速傳輸，性能好。3、光纖放大器有哪些類型？答：摻鉺光放大器、喇曼光纖放大器。4、EDFA能放大哪個(gè)波段的光信號(hào)？簡述EDFA的結(jié)構(gòu)和工作原理。答：EDFA能對(duì)1550nm波段光進(jìn)行放大；結(jié)構(gòu)：由摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、光隔離器、光濾波器組成。工作原理：鉺離子吸收泵浦光產(chǎn)生受激輻射光，使傳輸信號(hào)光得到放大。6.EDFA的泵浦光源可選擇那些波長？不同波長泵浦時(shí)各有什么特點(diǎn)？為什么？答：常用泵浦光的波長為980nm或者1480nm。980nm泵浦的EDFA噪聲小、驅(qū)動(dòng)電流小、增益平坦性好。1480nm泵浦的EDFA噪聲大。原因：1480nm泵浦的方向泵浦，有高的量子轉(zhuǎn)換效率。7.喇曼光纖放大器突出的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：1）增益介質(zhì)為普通傳輸光纖，與光纖具有良好的兼容性；2）增益波長由泵浦光波長決定，不受其他因素的限制；3）增益高，串?dāng)_小，噪聲系數(shù)低，頻譜范圍寬，溫度穩(wěn)定性好。通過適當(dāng)改變泵浦激光光波波長可達(dá)到在任意波段進(jìn)行光放大的寬帶放大器。209.8.按照ITU-T規(guī)定兩波長信道的波長間隔為0.8nm，若光柵解復(fù)用器所用的光柵的周期為5m，求：（1）兩波長的主最大強(qiáng)度分開的角度？（2）在衍射光柵和