光纖通信 第三章 習(xí)題

1、習(xí) 題1.光與物質(zhì)間的相互作用存在(cnzi)哪三種基本物理過(guò)程？它們各自的特點(diǎn)是什么？答：三種基本物理過(guò)程：自發(fā)輻射、受激吸收(xshu)以及受激輻射 自發(fā)輻射的特點(diǎn)： （1）這個(gè)過(guò)程是在沒(méi)有外界作用的條件下自發(fā)產(chǎn)生的，是自發(fā)躍遷 （2）由于發(fā)射出光子的頻率決定于所躍遷的能級(jí)，而發(fā)生自發(fā)輻射的高能級(jí)不是一個(gè)，可以是一個(gè)系列的高能級(jí)，因此，輻射光子的頻率亦不同，頻率范圍很寬共二十頁(yè) （3）即使有些電子是在相同的能級(jí)差間進(jìn)行躍遷的，也就是輻射出的光子的頻率相同，但由于它們是獨(dú)立地、自發(fā)地輻射，因此它們的發(fā)射方向和相位也是各不相同的，是非相干光 受激吸收(xshu)的特點(diǎn)： （1）這個(gè)過(guò)程必須在外

2、來(lái)光子的激發(fā)下才會(huì)產(chǎn)生 （2）外來(lái)光子的能量等于電子躍遷的能級(jí)之差 （3）受激躍遷的過(guò)程不是放出的能量，而是消耗外來(lái)光能 受激輻射的特點(diǎn)： （1）外來(lái)光子的能量等于躍遷的能級(jí)之差共二十頁(yè) （2）受激過(guò)程中發(fā)射出來(lái)的光子與外來(lái)光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，因此稱它們是全同光子 （3）這個(gè)過(guò)程可以使光得到放大。因?yàn)槭芗み^(guò)程中發(fā)射出來(lái)的光子與外來(lái)光子是全同光子，相疊加的結(jié)果使光增加，使入射光得到放大，所以受激輻射引起光放大，是產(chǎn)生激光的一個(gè)(y )重要的基本概念共二十頁(yè)2. 什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？怎樣才能實(shí)現(xiàn)光放大？答：低能級(jí)上的粒子密度大于表示高能級(jí)上的粒子密度，這種粒子數(shù)

3、一反常態(tài)的分布稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 為了使物質(zhì)(wzh)能夠產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射作用大于受激吸收作用，也就是必須使N2N1，而在正常狀態(tài)時(shí)N2N1（其中N1表示低能級(jí)上的粒子密度，N2表示高能級(jí)上的粒子密度），所以粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)是使物質(zhì)產(chǎn)生光放大的必要條件。共二十頁(yè)3.構(gòu)成激光器必須具備的條件(tiojin)是什么？答：激光器必須包括以下(yxi)三部分：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)分布狀態(tài)的激勵(lì)源，能夠完成頻率選擇及反饋?zhàn)饔玫墓鈱W(xué)諧振腔。共二十頁(yè)4.什么(shn me)是激光器的閾值條件？答：激光器需滿足一定的條件才可以發(fā)出激光，要使激光器產(chǎn)生自激振蕩，

4、最低限度應(yīng)要求(yoqi)激光器的增益剛好能抵消它的衰減。將激光器能產(chǎn)生激光振蕩的最低限度稱為激光器的閾值條件 閾值條件為：共二十頁(yè)5.簡(jiǎn)述(jin sh)半導(dǎo)體的光電效應(yīng)？答：光照射到半導(dǎo)體的P-N結(jié)上，若光子能量足夠大，則半導(dǎo)體材料中價(jià)帶的電子吸收光子的能量，從價(jià)帶越過(guò)禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶中出現(xiàn)光電子，在價(jià)帶中出現(xiàn)光空穴，即光電子空穴對(duì)，又稱光電子載流子。 光生載流子在外加負(fù)偏壓和內(nèi)建電電場(chǎng)的作用下，在外電路中出現(xiàn)光電流，從而在電阻(dinz)R上有信號(hào)電壓產(chǎn)生。這樣，就實(shí)現(xiàn)了輸出電壓跟隨輸入光信號(hào)變化的光電轉(zhuǎn)換作用。共二十頁(yè)6.什么是雪崩(xubng)增益效應(yīng)？答：在半導(dǎo)體的P-N結(jié)上加

5、高反向電壓，在結(jié)區(qū)形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)；在高場(chǎng)區(qū)內(nèi)光生(un shn)載流子被強(qiáng)電場(chǎng)加速，獲得高的動(dòng)能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價(jià)帶的電子得到了能量；越過(guò)禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的-空穴對(duì)；新產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子-空穴對(duì)如此循環(huán)下去，像雪崩一樣的發(fā)展，從而使光電流在管子內(nèi)部獲得了倍增，這種現(xiàn)象叫做雪崩增益效應(yīng)共二十頁(yè)7.試比較P-N結(jié)光電二極管、PIN光電二極管以及(yj)APD雪崩光電二極管的優(yōu)缺點(diǎn)答：P-N結(jié)光電二極管優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單(jindn)；缺點(diǎn)：P76 第一段 PIN光電二極管優(yōu)點(diǎn)：P76 第二段；缺點(diǎn)：P76 第五段 APD雪崩光電二極管優(yōu)點(diǎn)：P76

6、 最后一段和P77 第一段；缺點(diǎn)：P77 倒數(shù)第二段共二十頁(yè)8.畫出EDFA的結(jié)構(gòu)示意圖，并簡(jiǎn)述(jin sh)各部分的主要作用。答： P71 圖3-27 主要(zhyo)作用：在圖3-27下的五段共二十頁(yè)9.簡(jiǎn)述(jin sh)EDFA的工作原理答： P71-P82 （2）EDFA的工作原理(yunl)中內(nèi)容共二十頁(yè)10.EDFA的主要特征指標(biāo)(zhbio)是什么？說(shuō)明其含義。答： P72 “3.EDFA的主要(zhyo)特征參數(shù)” 這一部分共二十頁(yè)11.為什么說(shuō)F-P腔型濾波器具有(jyu)頻率選擇性？答： P80第9段 由于(yuy)兩反射鏡的反射系數(shù)共二十頁(yè)12.簡(jiǎn)述光定向耦合器、光隔

7、離器、光環(huán)行器以及光開關(guān)在光纖通信(un xin tn xn)系統(tǒng)中的作用答： 光定向(dn xin)耦合器：P78 第三段 光隔離器：P79 標(biāo)題下面一段 光環(huán)行器：P80 第一段共二十頁(yè)13.試用(shyng)圖說(shuō)明光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的工作原理。答： P81 圖3-45 P82 圖3-46共二十頁(yè)14.什么(shn me)是波分復(fù)用技術(shù)？答：P82 第三段共二十頁(yè)15.簡(jiǎn)述光波(gungb)分復(fù)用器的工作原理。答：P83 “（1）光波分復(fù)用器的工作(gngzu)原理”的內(nèi)容共二十頁(yè)16.簡(jiǎn)述RFA的工作(gngzu)原理。答：P75 “（2）RFA的工作原理(yunl)”的內(nèi)容共二十頁(yè)17.RFA具有哪些(nxi)特點(diǎn)？答：P75 “1.RFA的特點(diǎn)(tdin)”的內(nèi)容共二十頁(yè)內(nèi)容摘要習(xí) 題。APD雪崩光電二極管優(yōu)點(diǎn)：P76 最后一段和P77 第一段。答： P71 圖3-27。答： P71-P82 （2）EDFA的工作原理(yunl)中內(nèi)容。答： P72 “3.EDFA的主要特征參數(shù)” 這一部分。答： P80第9段 由于兩反射鏡的反射系數(shù)。答： 光定