1、 第3章習(xí)題及答案一填空1對(duì)于二能級(jí)原子系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的放大，原子的能級(jí)分布必須滿(mǎn)足高能級(jí)粒子數(shù)大于低能級(jí)粒子數(shù)，即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布條件。個(gè)電路振蕩器，必須包括放大部分、振蕩回路和反饋系統(tǒng)。而激光振蕩器也必須具備完成以上功能的部件，故它也包括三個(gè)部分：能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)，能夠使工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的，能夠完成頻率選擇及反饋?zhàn)饔玫?。答案：工作物質(zhì)，泵浦源，光學(xué)諧振腔半導(dǎo)體光放大器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)可通過(guò)對(duì)PN節(jié)加偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。PN結(jié)加上這種偏壓后，空間電荷區(qū)變窄，于是N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，使得P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子增加。當(dāng)偏壓足夠大時(shí)，增加的少數(shù)載流子會(huì)引起粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

2、答案：正向。對(duì)于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)外加正向電流達(dá)到某一值時(shí)，輸出光功率將急劇增加，表明振蕩產(chǎn)生了激光，把這個(gè)電流值叫，用I表示。當(dāng)II時(shí)，激光器發(fā)出的是，因此光譜很寬，寬thth度常達(dá)到幾百埃；當(dāng)II時(shí)，激光器發(fā)出的是，光譜突然變得很窄，譜線中心強(qiáng)度急劇增加,th表面發(fā)出的是激光。答案：閾值電流，熒光，激光。影響耦合效率的主要因素是光源的發(fā)散角和光纖的數(shù)值孔徑。發(fā)散角越大，耦合效率越；數(shù)值TOC o 1-5 h z孔徑越大，耦合效率越。答案：低，高。6激光和光纖的耦合方式有直接耦合和透鏡耦合。當(dāng)發(fā)光面積大于纖芯截面積時(shí)，用；當(dāng)發(fā)光面積小于纖芯截面積時(shí)，用。答案：透鏡耦合，直接耦合。(課本上有誤)

3、7半導(dǎo)體激光器其光學(xué)諧振腔的諧振條件或駐波條件是。答案：,=2L(或,=2nL)。gqq8.判斷單模激光器的一個(gè)重要參數(shù)是，即最高光譜峰值強(qiáng)度與次高光譜峰值強(qiáng)度之比。答案：邊模抑制比。判斷題電子服從費(fèi)米能級(jí)分布，即在熱平衡條件下，占據(jù)能級(jí)低的概率大，占據(jù)能級(jí)高的概率小。()正確自發(fā)輻射的光子方向是隨機(jī)的，發(fā)出非相干光，且不需要外來(lái)光場(chǎng)的激勵(lì)。()正確LED與單模光纖的耦合效率低于LD與單模光纖的耦合效率，邊發(fā)光比面發(fā)光LED耦合效率低。()錯(cuò)誤，邊LED比面LED耦合效率高光檢測(cè)器要產(chǎn)生光電流，入射光波長(zhǎng)必須大于截止波長(zhǎng)，所以長(zhǎng)波長(zhǎng)檢測(cè)器能用于短波長(zhǎng)檢測(cè)。()錯(cuò)誤。應(yīng)該小于。設(shè)計(jì)工作于1.55

4、um的光檢測(cè)器同樣能用作1.3um的光檢測(cè)器，且在長(zhǎng)波長(zhǎng)靈敏些。()正確。因?yàn)樵谝欢úㄩL(zhǎng)工作的光檢測(cè)器能工作于更短的波長(zhǎng)。選擇題1.對(duì)于半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.F-P激光器是多模，DFB和DBR激光器是單模激光器光學(xué)諧振腔可以是平面腔也可是球面腔要求全反射鏡的反射系數(shù)r1，部分鏡的反射系數(shù)r=1只有當(dāng)外加正向電流達(dá)到某一值時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生激光答案：C,應(yīng)該是要求全反射鏡的反射系數(shù)r=1，部分鏡的反射系數(shù)r12對(duì)于激光器的溫度特性下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）隨溫度的升高，閾值電流減小隨溫度的升高，量子效率減小結(jié)發(fā)熱效應(yīng)會(huì)引起脈沖失真可用環(huán)境溫度控制法和半導(dǎo)體致冷器進(jìn)行溫度控制答案：A3下

5、列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.PIN吸收一個(gè)光子只產(chǎn)生一個(gè)電子BAPD能產(chǎn)生二次電子-空穴對(duì)APD吸收一個(gè)光子只產(chǎn)生一個(gè)電子APD和PIN都是加負(fù)偏壓答案：C三.問(wèn)答何謂F-P激光器、DFB激光器、DBR激光器？答:F-P激光器叫法布里-珀羅（Fabry-Perot）激光器，屬于多模LD。它是利用有源區(qū)晶體的天然解理面構(gòu)成光學(xué)諧振腔（叫法布里-珀羅諧振腔），這種諧振腔屬于平行端面反射型。DFB激光器叫分布反饋（DistributedFeedback）激光器，屬于單模LD。DFB激光器的諧振腔不是平行端面反射型，而是沿有源區(qū)縱向制成周期性的光柵，通過(guò)光柵的每個(gè)斜面反射回一部分光（叫布拉格反射作用）來(lái)形成

6、諧振腔。DBR激光器叫分布布拉格反射（DistributedBraggReflector）激光器，屬于單模LD。DBR激光器的諧振腔也不是平行端面反射型，而是在有源區(qū)兩個(gè)端面外制成周期性的光柵，通過(guò)兩個(gè)光柵的布拉格反射作用來(lái)形成諧振腔。LED與LD發(fā)射的光子有什么不同？答：LED是因自發(fā)輻射而發(fā)光的，發(fā)射的光子頻率、相位、偏振狀態(tài)及傳播方向是無(wú)規(guī)律的，輸出具有較寬的頻率范圍的非相干光。LD是因受激發(fā)射而發(fā)光的，發(fā)射的光子同頻、同相、同偏振方向，輸出相干光。列表說(shuō)明PIN和APD的結(jié)構(gòu)、工作電壓、工作機(jī)理之特點(diǎn)。特點(diǎn)PINAPD結(jié)構(gòu)薄的p區(qū)和n區(qū)之間夾入較厚的I區(qū)，I區(qū)是耗盡區(qū)（光子吸收區(qū)）薄的

7、重?fù)诫sp+區(qū)和n+區(qū)之間夾入較厚的I區(qū)和薄的p區(qū)，I區(qū)是耗盡層區(qū)（光子吸收區(qū)），區(qū)是碰撞電離區(qū)（比I區(qū)電場(chǎng)大）工作電壓負(fù)偏壓（幾至幾十伏）負(fù)偏壓（幾十至幾百伏）工作機(jī)理1入射光子在I區(qū)受激吸收產(chǎn)生一次電子-空穴對(duì)2一次電子和空穴在I區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用卜分別向n區(qū)和p區(qū)快速漂移形成一次光生電流1入射光子在I區(qū)受激吸收產(chǎn)生一次電子-空穴對(duì)2一次電子和空穴在I區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下分別向n區(qū)和p區(qū)快速漂移形成一次光生電流。其中達(dá)到p區(qū)的一次電子在p區(qū)更強(qiáng)電場(chǎng)作用下獲得更大加速，碰撞原子產(chǎn)生二次電子-空穴對(duì)3二次電子和空穴繼續(xù)加速，碰撞原子產(chǎn)生三次電子-空穴對(duì)形成雪崩倍增。 四計(jì)算證明題1試證明：長(zhǎng)波長(zhǎng)光源的譜線寬

8、度要大于短波長(zhǎng)光源的譜線寬度hchc2解：因?yàn)镋=hv=，所以,E=,，故得到,=-,E2hc可見(jiàn)：當(dāng)肚（能量變動(dòng)范圍）固定時(shí)，則|，|（波長(zhǎng)變動(dòng)范圍）與2成正比。c2.理論指出，LD的縱模頻率間隔，f=，其中n是諧振腔內(nèi)半導(dǎo)體材料的折射率，L是諧振腔的長(zhǎng)2nL度。若某一GaAs激光二極管的=850nm，L二0.5mm，n二3.7，試問(wèn)該激光器的縱模波長(zhǎng)間隔是多少？解：因?yàn)閒=c/，所以,f=-（c/2）,。若,f和從都取絕對(duì)值，則得縱模波長(zhǎng)間隔為0.85222-，f-盂=2x3.7x500二0.195X103Pm二0.195nm3.已知GaAs激光二極管的中心波長(zhǎng)為0.85pm,諧振腔長(zhǎng)為0

9、.4mm。材料折射率為3.7。若在0.80卩m0.90卩m范圍內(nèi)，該激光器的光增益始終大于諧振腔的總衰減，試求該激光器中可以激發(fā)的縱模數(shù)量。解：由于縱模波長(zhǎng)間隔從為0.852,=匕,f二工二c2nL2x3.7x400=0.244x10-3pm=0.244nm所以，可以激發(fā)的縱模數(shù)量為 HYPERLINK l bookmark24900-800100=410,0.2444.已知LD的波長(zhǎng)為1.31pm，微分量子效率為10%，試求該LD的P-I特性曲線的斜率，此斜率是否包含閾值電流以下的部分？答：LD的微分量子效率為kp/hfn=d,/e所以，LD的P-I特性曲線的斜率為,Phf=n-,de6.6

10、26x10-34J-sx3x10sm/s=0.1x=0.0951.31pmx1.6x10-19C此斜率不包含閾值電流以下的部分。5.LED的量子效率定義為n輸出光子數(shù)二空d注入電子數(shù)I/e 若波長(zhǎng)1.31m的LED,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流為50mA時(shí)，產(chǎn)生2mW的輸出光功率。試計(jì)算量子效率。解：量子效率為P/hf2mW九edI/e50mAhc1.31卩mx1.6x10-19C0.04Vx4.2%6.626x10-34J-sx3x108m/s6.若LED的波長(zhǎng)為0.85m,正向注入電流為50mA,量子效率為0.02,求LED發(fā)射的光功率有多大?解：由上題知LED的量子效率為P/hfP九e,dI/eIhc所以

11、hcP,Id九e0.02x6.62610-34八s3108m/sx50mA1.462mW0.85mx1.6x10-19C7.已知：(1)Si-PIN光電二極管，量子效率,0.7，波長(zhǎng)九0.85m；(2)Ge光電二極管,0.4，九1.6m。計(jì)算它們的響應(yīng)度R。解：(1)Si-PIN光電二極管：R理黑0；：850.480A/W；1.241.24(2)Ge光電二極管：R=24T2r0.516A/W。1.241.24說(shuō)明在長(zhǎng)波長(zhǎng)比較靈敏些。8.一個(gè)光電二極管，當(dāng)九1310nm時(shí)，響應(yīng)度為0.6A/W，計(jì)算其量子效率,。解：量子效率単沁60.57X(m)1.319.試證明：帶隙E用eV(電子伏)作單位時(shí)，E與發(fā)光波長(zhǎng)九(m)之間的關(guān)系為:ggE二124g入(m)hc6.626x10-34J-sx3x108m/s證明：因?yàn)镋=g九九19.878x10-20J-m19.878x10-20JXX(m)1eV1.6x10-19C-V1.6x10-19J,故得到 廠19.878xlO,2oJ1.24Eg1.6xlO-19