(13+)部分習(xí)題或例題的整理-學(xué)生用

1、1. 設(shè)有一LED，其少數(shù)載流子壽命為5ns，試求它的3dB光帶寬和3dB電帶寬。解： 21201PP3dB光帶寬： 021PP3dB電帶寬： 021PP2f又因?yàn)?設(shè)3dB光帶寬為 of3dB光帶寬為 ef可得： 23=of21ef3dB光帶寬和3dB電帶寬分別為5.16MHz和31.85MHz。 2有一分布反饋式激光器，它的布喇格波有一分布反饋式激光器，它的布喇格波長(zhǎng)為長(zhǎng)為1570nm，二價(jià)光柵周期，二價(jià)光柵周期=460nm，諧振腔長(zhǎng)度為諧振腔長(zhǎng)度為300m。假設(shè)有一完全對(duì)稱(chēng)。假設(shè)有一完全對(duì)稱(chēng)的的DFB激光器，求出其零階、一階和二階激光器，求出其零階、一階和二階受激輻射波長(zhǎng)。受激輻射波長(zhǎng)。

2、解：解：布喇格波長(zhǎng) B與光柵周期 之間滿足關(guān)系： kneB2等式中 en是模式的有效折射率， k是光柵的階數(shù)。在理想的是光柵的階數(shù)。在理想的DFB激光器中，激光器中，縱模波長(zhǎng)對(duì)稱(chēng)地分布在縱模波長(zhǎng)對(duì)稱(chēng)地分布在 B兩側(cè)，其波長(zhǎng)由下式給出：兩側(cè)，其波長(zhǎng)由下式給出： 2122mLneeBB其中其中m為模式階數(shù)，由題意：為模式階數(shù)，由題意：21mkLeBBm=0時(shí)，為1570.6nm或1569.4nm；m=1時(shí)，為1571.8nm或1568.2nm；m=2時(shí)，為1573.6nm或1567.0nm。3. 設(shè)一個(gè)傳輸速率為設(shè)一個(gè)傳輸速率為10Mb/s的簡(jiǎn)單二值的簡(jiǎn)單二值信號(hào)系統(tǒng)，為了達(dá)到信號(hào)系統(tǒng)，為了達(dá)到1

3、0-9BER的指標(biāo)，的指標(biāo)，當(dāng)量子效率為當(dāng)量子效率為0.85，且，且0和和1脈沖出現(xiàn)的脈沖出現(xiàn)的概率相等，求最小的平均入射光功率概率相等，求最小的平均入射光功率P0。解：到達(dá)光檢測(cè)的光子數(shù)是隨機(jī)的，在低信號(hào)電平時(shí)，其概率服從泊松分布。發(fā)送碼元“1”時(shí)，在其所在的周期內(nèi)，產(chǎn)生的平均電子空穴對(duì)數(shù)設(shè)為N，則：hTPN02設(shè)某個(gè)時(shí)刻內(nèi)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)目為設(shè)某個(gè)時(shí)刻內(nèi)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù)目為n，則：，則： ! neNnPNnnP為發(fā)射碼元“1”，產(chǎn)生的電子空穴為n時(shí)的概率，當(dāng)n=0，將誤判為0，即： NeP0由于0和1脈沖出現(xiàn)的概率相等，系統(tǒng)總的誤碼率為 05 . 0 P當(dāng)要求10-9BER指標(biāo)時(shí)： 9

4、1005.0P所以 2010ln92ln102ln9NhcBTNhP102/0當(dāng) nm850時(shí)： 75.60dBm0Pnm1300當(dāng) 時(shí)： 77.45dBm0P4假設(shè)一個(gè)雪崩光電二極管有如下參假設(shè)一個(gè)雪崩光電二極管有如下參數(shù)，暗電流數(shù)，暗電流ID=1nA，漏電流，漏電流IL=1nA，=0.85，F(xiàn)=M1/2，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL=103，帶寬帶寬B=1kHz,一個(gè)波長(zhǎng)為一個(gè)波長(zhǎng)為850nm、調(diào)、調(diào)制指數(shù)為制指數(shù)為m=0.85的正弦信號(hào)投射在光的正弦信號(hào)投射在光電二極管上，電二極管上，T=300K，P0=-50dBm，求當(dāng)求當(dāng)M=40、60和和80時(shí)的信噪比。時(shí)的信噪比。805010PdBmW

5、 解：解：0pqIPh c信號(hào)電流的均方差值：2212spim M I量子噪聲電流的均方值：()MFBMqIiPQ222=體暗電流的均方值：()MFBMqIiDDB222=表面漏電流的均方值：22DSLiqI B檢測(cè)器負(fù)載電阻熱噪聲：24BTLkTiBR總的信噪比：22222sQDBDSTiSNiiii當(dāng)M=40、60、80時(shí)，求得的信噪比分別為：57.04dB，57.54dB，57.42dB。5 . 證明：對(duì)于忽略熱噪聲且量子效證明：對(duì)于忽略熱噪聲且量子效率為率為100的理想光檢測(cè)器，理想光的理想光檢測(cè)器，理想光放大器放大器1spn的噪聲系數(shù)為的噪聲系數(shù)為2（3dB）。）。解：解： 1(1)

6、1(2)spspASEoptASEnSfhnG fP2,24(3)0(4)s ASEs inASEASE ASEGPSB2,2222,222(5)(6)21 21shots inphs ins inouttotaltotalspq GP BG PPSGNqBnG,(7)2s ininPSNqB注：參考課件資源：電子版 Gerd Keiser 著，李玉權(quán)等譯，光纖通信，北京：電子工業(yè)出版社，2002，351354頁(yè)1 21(8)2(9)spinoutS NnGFS NGF6. 采用馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x設(shè)采用馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)一個(gè)8到到1的復(fù)用器，可處理的的復(fù)用器，可處理的信道間隔為信道間隔為

7、25GHz。neff=1.5，請(qǐng)，請(qǐng)給出各級(jí)馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x中給出各級(jí)馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x中L的值。的值。解：對(duì)于一個(gè)N到1的MZI復(fù)用器，復(fù)用器包含n級(jí)，這里2,1nNn在第j中有2nj個(gè)MZI。在第j級(jí)中一個(gè)干涉儀元件內(nèi)的路徑差為：22jnjeffCLn1231mm,2mm,4mmLLL注：參考課件資源：電子版 Gerd Keiser 著，李玉權(quán)等譯，光纖通信，北京：電子工業(yè)出版社，2002，317320頁(yè) 7. 對(duì)于三元合金對(duì)于三元合金Ga1-xAlxAs的帶的帶隙隙Eg 在在0 x0.37滿足：滿足：21.4241.2660.266gExx當(dāng)當(dāng)x=0.1，且光功率與驅(qū)動(dòng)電流的比值為，且光功

8、率與驅(qū)動(dòng)電流的比值為0.6mW/mA，求該三元合金激光器的外，求該三元合金激光器的外量子效率。量子效率。解：解：extgqdPEdI32.19%ext9. 一峰值發(fā)光波長(zhǎng)在一峰值發(fā)光波長(zhǎng)在800nm的的GaAs激光器，其諧振腔長(zhǎng)激光器，其諧振腔長(zhǎng)500m，且材料折射率且材料折射率n3.6。如果增益在。如果增益在750nm850nm的范圍內(nèi)都大于的范圍內(nèi)都大于總損耗系數(shù)總損耗系數(shù)t，試求此激光器中能，試求此激光器中能存在多少個(gè)模式。存在多少個(gè)模式。解：2;nLq2750nm850nm;nLq42364799 ;q模式564個(gè)。 10. 一雙異質(zhì)結(jié)一雙異質(zhì)結(jié)InGaAsP材料的材料的LED，其輻射

9、性復(fù)合壽命和非輻射性，其輻射性復(fù)合壽命和非輻射性復(fù)合壽命分別為復(fù)合壽命分別為30ns和和100ns。求整。求整體復(fù)合壽命及它的體復(fù)合壽命及它的3dB光帶寬和光帶寬和3dB電帶寬。電帶寬。解：;rnrrnr 1;2 ef 3;2of 6.90GHz ;ef 11.95GHzof 11. 對(duì)于具有強(qiáng)載流子限制作對(duì)于具有強(qiáng)載流子限制作用的用的LD結(jié)構(gòu)，損耗系數(shù)：結(jié)構(gòu)，損耗系數(shù)：110cm,iGaAs的折射率的折射率n=3.6，光腔長(zhǎng)，光腔長(zhǎng)L250m，計(jì)算光腔內(nèi)的光子壽命，計(jì)算光腔內(nèi)的光子壽命ph 。解：21212;nnRnn1ph1211ln;2icnLR Rph2.16 ps 設(shè)法布里波羅（設(shè)法

10、布里波羅（F-P）濾波器的兩個(gè)）濾波器的兩個(gè)鏡面反射系數(shù)都為鏡面反射系數(shù)都為R，歸一化信道間隔，歸一化信道間隔Sch設(shè)為設(shè)為3。證明，該。證明，該F-P濾波器可選擇濾波器可選擇出的出的DWDM系統(tǒng)內(nèi)的最多信道數(shù)系統(tǒng)內(nèi)的最多信道數(shù)N滿足：滿足：3 1RNR（注：對(duì)證明過(guò)程要有必要的解釋說(shuō)明）證明：Lf設(shè)為濾波器的自由光譜區(qū)FSR，sf是復(fù)用信號(hào)總帶寬，chf是DWDM信道間距，首先，可求得該濾波器的精細(xì)度為：1RFRLschchffN fNS B FPfLLchchFPchffFNfSfS3 1RNR可得：12. 雪崩光電二極管參數(shù)：增益M，暗電流ID，漏電流IL，量子效率為，過(guò)剩噪聲因子F=Mx，負(fù)載電阻RL，帶寬B，正弦信號(hào)光的波長(zhǎng)，調(diào)制指數(shù)m，信號(hào)光的功率P0。寫(xiě)出信號(hào)電流、量子噪聲電流、負(fù)載電阻熱噪聲電流、暗電流以及漏電流的均方值；寫(xiě)出總的信噪比表達(dá)式；設(shè)最大信噪比對(duì)應(yīng)的最佳增益為Mopt，求其表達(dá)式。解：信號(hào)電流的平均值:0PhcqIp信號(hào)電流的均方值：2221psmMIi量子噪