发布时间 : 星期二 文章光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏更新完毕开始阅读76f1bd1eff00bed5b9f31d2b
6.简述系统对波分复用器与解复用器要求的异、同点。
答：系统对波分复用器与解复用器共同的要求是：复用信道数量要足够多、插入损耗小、串音衰减大和通带范围宽。波分复用器与波分解复用器的不同在于：解复用器的输出光纤直接与光检测器相连，芯径与数值孔径可以做得大些，因此制造低插入损耗的解复用器并不太难；而复用器的输出光纤必须为传输光纤，不能任意加大芯径和数值孔径，而减小输入光纤的芯径和数值孔径，又会增加光源到输入光纤的耦合损耗，所以复用器的插入损耗一般比较大。
7.光开关的种类有哪些？有哪些新的技术有待开发？
答：光开关根据驱动方式可分为机械式光开关和非机械式光开关，根据工作原理可分为机械式光开关、液晶光开关、电光式光开关和热光式光开关。
有哪些新的技术有待开发？（随着材料、技术的发展会有不同的答案，建议根据当时的文献进行回答）
8.光隔离器的功能是什么？其主要技术参数是什么？
答：光隔离器的功能是只允许光波向一个方向传播，而阻止光波向其它方向特别是反方向传播。
主要技术参数有：插入损耗、隔离度。
9.简述光隔离器的组成及各部分的作用。
答：单模光纤隔离器由起偏器、检偏器和法拉第旋转器三部分组成，如图所示：
入射光
起偏器 法拉第 旋转器
检偏器
反射光
起偏器的透振方向是垂直方向，即允许垂直偏振光顺利通过；检偏器的透振方向是45°方向，即允许45°方向上的偏振光顺利通过；法拉第旋转器使通过它的光的偏振方向顺时针旋转45°。
10.一个简单的光隔离器需要多少偏振器来阻挡错误方向传输的光？ 答：2个。
11.当一束光注入光纤时，由于菲涅尔反射、瑞利散射等原因，会有部分光传回到注入端（称之为后向光），用光环行器在注入端可以将后向光分离出来，请画出连接图。
答：
123
12.现有一束包含1550nm波长的混合光，请用光纤光栅和光环行器设计一个光路将1550nm的光信号分离出来。
答：
1混合光31550nm光信号2反射型光栅反射波长1550nm
第五章习题解答
1、比较LED和LD，并说明各自适应的工作范围。
答：LED的发射光功率比LD要小，不适合长距离系统；LED的光谱宽度比LD大得多，不适合长距离系统；LED的调制带宽比LD小得多，不适合长距离系统；LED的温度特性比LD好得多。所以，LED适应于短距离小容量光纤通信系统，而LD适应于长距离大容量光纤通信系统。
2、试说明LED的工作原理。
答：当给LED外加合适的正向电压时，Pp结之间的势垒（相对于空穴）和Np结之间的势垒（相对于电子）降低，大量的空穴和电子分别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区（由于双异质结构，p区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P区和N区），在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其它衰减而产生自发辐射的光输出。 3、试说明LD的工作原理。
答：当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大（其余自发辐射光子均被衰减掉），直至传播到高反射率界面由被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。 4、为什么应用单纵模LD光纤通信系统的传输速率远大于使用LED光纤通信系统的传输速率？
答：因为单纵模LD的谱线宽度比LED的谱线宽度小得多，单纵模LD的调制带宽比LED的调制带宽大得多，所以单纵模LD光纤通信系统的传输速率远大于使用LED光纤通信系统的传输速率。
5、若激光物质的禁带宽度为0.8eV。试问该激光物质所能辐射的光波长是多少？ 答： 1.24?0?Eg
=1.24/0.85
=1.55 （μm）
6、光与物质的相互作用有哪几种方式？
答：光与物质的相互作用时，存在自发辐射、受激辐射及受激吸收三种基本过程。 7、什么是粒子数反转分布？
答：高能级上的电子数多于低能级上电子数，这种现象称为粒子数反转分布状态。 8、在光纤通信系统中，光源为什么要加正向电压？ 答：利用外加适当的正向电压可以实现发光物质的粒子数反转分布状态，从而使物质总体呈现发光过程。
9、光发送机主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？
答：光发送机主要由光源、驱动电路及辅助电路等构成。驱动电路的主要作用是为光源提供要求的驱动电流；光源的主要作用是完成电光变换（光调制）；辅助电路主要完成自动功率控制、自动温度控制及光源保护等功能。 10、光调制方式有哪些？目前的数字光纤通信系统采用的是数字调制方式？还是模拟调制方式？ 答：光调制方式主要按照光源与调制信号的关系及已调制信号的性质两种方式分类。根据光源与调制信号的关系，可以将光源的调制方式分为直接调制方式和外部（或间接）调制方式；根据已调制信号的性质，可以将光源的调制方式分为模拟调制方式和数字调制方式。从调制的本质上来说，目前的数字光纤通信系统采用的是模拟调制方式。
11、若归一化调制信号波形为x(t)=sinΩt，试写出已调光信号的电场表达式和对应的平均发送光功率表达式。 答： 1/2eT(t)?KT?1?msin(?t)?cos(?ct??0)
PT=＜eT2(t)＞
=KT2＜[1+msin(Ωt)]cos2(ωct+φ0)＞
= KT2/2＜[1+msin(Ωt)]＞+ KT2/2＜[1+msin(Ωt)] cos2(ωct+φ0)＞ = KT2/2
12、一个优良的驱动电路一般要满足哪些要求？
答：能够提供较大的、稳定的驱动电流；有足够快的响应速度，最好大于光源的驱动速度；保证光源具有稳定的输出特性。
13、在光发送机中，为什么要设置APC电路？
答：主要是为了保持LD光发送机输出的平均光功率达到稳定，同时具有保护光源安全的作用。
14、在光发送机中，主要应用哪些类型的自动功率控制电路？
答：在光发送机中，主要应用普通电参数自动功率控制电路和光电反馈自动功率控制电路。 15、为什么说图5.18电路具有连“0”保护作用？
答：在输入信号为连“0”时，A1和A3的输出的增加基本相同，所以不会使光源的输出光功率增加或增加很大，因此具有保护LD的功能。 16、在光发送机中，为什么要设置ATC电路？
答：为了保证光发送机具有稳定的输出特性，对LD的温度特性进行控制是非常必要的，而且对LD的温度控制也是保护LD的一项关键措施。 17、试叙述在温度升高时图5.20电路的工作过程。
答：当某种原因引起光源温度升高时，热敏电阻RT阻值降低，使由R1、R2、R3及RT组成的电桥失去平衡，A1放大器反向输入端电位提高，使A1放大器输出端电位降低，晶体三极管T提供的制冷电流增加。所以，半导体制冷器（Semiconductor Cooler，SCR）冷面温度下降，致使安装于半导体制冷器SCR冷面的LD温度回落，直至基本恢复到原来的温度。
第六章习题解答
1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？
答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD和APD两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。
2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？
答：光电检测器工作于负偏置状态。只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。
3、在PINPD中，I层半导体材料的主要作用是什么？ 答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。
4、简述PINPD的工作原理。
答：当光照射到PIN光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。 5、在APD中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？ 答：高场区（即雪崩倍增区）。 6、简述APD的工作原理。
答：当光照射到APD的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。
7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？
??答：
?? 1.24响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。
8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD和APD的暗电流有何影响？
答：由表面暗电流和体内暗电流组成。对于PINPD，表面暗电流远大于体内暗电流。对于APD，由于倍增效应的存在，其体内暗电流远大于表面暗电流。 9、APD的倍增因子是否越大越好？为什么？
答：当M 10、在非相干检测方式或直接功率检测方式中，什么说光电检测器实际是一个平方率检测器？若光接收机接收的光信号电场为： 1/2eR(t)?KT?1?mx(t)?cos?ct 试用理论证明之。