光纤通信重点

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双异质结:

6 、同型异质结、反型异质结;

7 、半导体激光器的张驰振荡、码型效应、电光延迟时间、消光比;

张弛振荡——电流脉冲注入激光器后,输出的光功率表现为衰减式的振荡.是激光器内部存在 的固有特性。

电光延迟时间td —— 从注入电流到有激光输出所需的时间,一般为10-9s量级 脉码效应——指激光器在传输一系列脉冲信号时,后一个光脉冲的幅度大于前一个光脉冲的幅度,延迟时间比前一个的小 一般要求消光比<10% 9、掺铒光纤放大器;

EDFA的工作波长窗口为1559nm窗口,与光纤的低损耗窗口,是最具吸引力和最 为成熟的光纤放大器。 掺饵光纤是EDFA的核心,它以石英光纤作基础材料,在光纤芯子中掺入一定比例 的稀土元素——铒离子(Er3+),形成掺铒光纤。 二、主要技术原理及分析:

1、自发辐射与受激辐射的相同之处和主要区别所在。 自发辐射:所发射的光子不相干,只有频率相同,动量不相同;因此所形成的光为非相干光。 受激辐射:所发射的光子为全同光子;因此所形成的光为相干光;这一过程可用于光放大: 2、一般激光器的结构组成及其各部分的主要功能及激光器的工作原理。 结构组成:工作物质(增益介质)、平面反射镜、泵浦源; 激光器产生相干光需要满足以下条件

? 相位匹配条件:1、2两路光的相位差为2π 的整数倍,产生相干叠加 ? 阈值条件:光的放大效应> 光的衰减效应

3、利用相位平衡条件分析激光器的谐振频率(能够根据所给条件确定特定激光器的纵模分布、纵模间隔等);能够运用振幅平衡条件分析激光器工作的增益阈值条件。 每一个谐振频率对应腔中的一个振荡模式,称为纵模。

相邻两纵模频率之差为纵模间隔

对于一个确定的谐振腔(L,n一定),纵模间隔Δf 是常数,即各纵模等间隔分布。

称为光学谐振腔的阈值条件

4、同质结、异质结半导体激光器,以及二者的主要区别。

5、试说明双异质结激光器阈值电流密度较小的主要原因。

A.P层带隙宽,导带的能态比有源层高,对注入电子形成了势垒,注入到有源层的电子不

可能扩散到P层。同理, 注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。

B.有源层的折射率比限制层高,产生的激光被限制在有源区内,因而电/光转换效率很高,输出激光的阈值电流很小。

6、发光二极管(LED)和半导体激光管(LD)的发光机制有何异同。

半导体激光器:利用半导体PN结,注入电子、空穴而发光的原理制作的激光器其核心部分是一个PN结和FP光学谐振腔,能级跃迁发生在导带中的电子和价带中的空穴之间 半导体激光器和发光二级管的主要区别在于LD结构上要形成光学谐振腔,它的作用是提供光学正反馈,以便在腔内建立并维持自激振荡,控制输出激光束的特性。半导体激光器在结构上相当于一个多层介质波导谐振腔,当注入电流大于阈值电流时,辐射光在腔内建立起来的电磁场模式成为激光器的模式。

发光二级管的发发射过程主要是对应光的自发发射过程;而半导体激光器则是一个阈值器件,其工作状态岁注入电流的不同而不同。当注入电流较小时,自发发射占主导地位。当注入电流大于阈值电流时,受激辐射占主导地位。

7、稳态电光延迟时间的求解分析,获知延迟时间与阈值电流的关系。

稳态时,

设直流预偏置电流密度是j0 , 对应的电子密度为

j =j0+jm , jm 为调制信号(脉冲信号)的幅值对应的电流密度,当j0= jth 时,td = 0 当直流预偏置=阈值电流时,电光延迟时间等于零。

8、何谓半导体激光器的张驰振荡、码型效应,其危害和消除办法各是什么。 张弛振荡:适当的增大预偏置电流;

码型效应:危害,长的连“0”码后,出现“1”码时,脉码效应明显;增加误码率。消除办法,可以在主电流脉冲的后面加上一个反相脉冲,使残留和积累的多余电子消耗掉。 9、半导体激光器工作时为何要进行直流预偏置。 10、激光器的内调制与外调制的原理有何区别。

内调制(Internal Modulation)—— 基带信号作为LD的驱动,采用电源调制的方法,一般只能进行光强度调制

外调制(External Modulation)——利用介质(某些晶体)的电光效应、磁光效应、声光效应,在光源以外(激光形成后)的光路中,即在激光形成以后加载调制信号,对光进行调制。 11、掺铒光纤放大器的使用方式主要有那几种。

前置放大后置放大

分布式放大

12、掺铒光纤放大器中存在那几种类型的噪声。

信号的散弹噪声、自发辐射的散弹噪声、信号与自发辐射的差拍噪声(SI-SP)、自发辐射差拍噪声(SP-SP)

第四章光检测器与光接收机 一、主要概念:

1、光检测器的响应度和量子效率;

响应度R,定义: Ip 光生电流,Pin 输入光功率,R表征光电转换效率=

量子效率η,定义: 2、量子噪声、暗电流噪声、倍增噪声;

量子噪声:入射光束横截面积内的光子数随机起伏引起光生电子数的起伏

暗电流Id,指光电检测器在无光照时产生的电流,Id 的起伏会引起暗电流噪声 倍增噪声:信号倍增过程中噪声被放大 3、APD 管雪崩增益;

PN结内部形成一个高电场区,光生电子(或空穴)经过高场区被加速,从而获得足够的能量,发生碰撞电离,产生的新电子和空穴在高速场继续被加速获得能量经过多次碰撞电离,载流子迅速增加,反向电流迅速增大,形成雪崩倍增效应。

光电倍增因子G(雪崩增益),定义: Io 倍增输出电流,Ip 初级光生电流

4、光接收机的极限灵敏度;

极限灵敏度,定义:指接受机系统不产生噪声(暗电流为0,仅考虑量子噪声)的理想情况下,信噪比为1时的输入信号功率。 二、主要技术原理及分析:

1、光检测器响应度有关的分析计算。

2、与光检测器量子效率、倍增因子有关的分析计算。

V: APD的反向偏压 VB: APD的击穿电压

R: APD的串联电阻 n: 这是与半导体材料和掺杂浓度、波长有关的一个参量

3、光电检测器与前置放大器的等效电路的组成,及其每个元件的含义(含噪声)。

Ip: 一次光生电流源; IQ:量子噪声源; ID:暗电流噪声源 SI:放大器等效电流噪声源;SE:放大器等效电压噪声源;

4、量子噪声功率谱、暗电流噪声功率谱、电阻热噪声功率谱的计算方法,以及其通过放大器后的总的噪声功率计算。(注意APD的特殊情形)

热噪声功率谱密度

输出噪声功率计算

7、光检测器的噪声功率计算 8、模拟光接收机的信噪比计算。

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