发布时间 : 星期一 文章《光纤通信》课后习题答案..更新完毕开始阅读
（2）如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少？ 解：（1）根据损耗系数定义
??10PilgLPo
得到发送端的功率至少为
??L/10P?0.3?10?1.8?Wo?Pi10
（2）如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为
??L/10P?0.3?10?3?W o?Pi1011．有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n1?1.49，相对折射率差??0.01。
（1）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差； （2）求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；
（3）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？ 解：（1）纤芯和包层的相对折射率差?为
2n12?n2???0.01
2n12则得到
n2?1.475
接收端最快和最慢的模式之间的时延差
Ln125?103??????0.01?0.113?s
cn23?108?1.475（2）模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最快和最慢的模式之间的时延差
Ln12?T???0.113?s
cn2 9
（3）光纤的带宽距离积
4c4?3?108BL???8.05km?Gb/s
n1?21.49?0.01212．有10km长NA?0.30的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为1.45，计算光纤带宽。
解：纤芯和包层的相对折射率?为
1?NA?1?0.30?????????0.021 2?n1?2?1.45?22由阶跃光纤的比特距离积BL?B?c2n1?，得到光纤带宽
c?49Mb/s 2n1?L
1．计算一个波长为??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??1?m的光子能量为
E?hfc?hc/??6.63?10?343?108m/sJ?s??1.99?10?20J ?610m对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为
E?hfc?6.63?10?34J?s?1?106Hz?6.63?10?28J E?hfc?6.63?10?34J?s?100?106Hz?6.63?10?26J
2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长??0.7?m，射到地球外面大气层的光强大约为I?0.14W/cm2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试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
IIhc0.14?6.63?10?34?3?10844n??10??10??104?3.98?10?16 ?6hfc?0.7?10
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3．如果激光器在??0.5?m上工作，输出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
IIhc1?6.63?10?34?3?108n????3.98?10?21 ?6hfc?0.5?104．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。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。 6．什么是激光器的阈值条件？
答：阈值增益为
Gth???11ln2Lr1r2
其中?是介质的损耗系数，r1,r2分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益G?Gth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FWHM功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？
证明：由E?hc/?得到?E??定时，??与?2成正比。
8．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
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+
hc?2??，于是得到?????2hc?E，可见当?E一
料上（P是P型重掺杂），然后在高阻区进行P型扩散或电离掺杂（叫π层），最后一层是一个N（N是N型重掺杂）层。
高场区是P区，耗尽区是Pπ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?m波段接收功率是10?7W，计算平均是输出光电流； （3）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?c。
解：（1）量子效率为??1/3?0.33
Iphv（2）由量子效率????得到
Pin/hvPineIp?Ip/ePin/hv?Ip/e+
+
+
??ehc?8Pin?2.2?10A?22nA
（3）GaAsPIN的禁带宽度为Eg?1.424eV，则截止波长为
?(?m)?1.241.24??0.87?m Eg1.42410．什么是雪崩增益效应？
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－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－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
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