北京化工大学光纤通信复习题

和
础发
。其中
光。
是光纤导光部分。
为基础发 光，LED以 为基
8、常用光源LD是以
9、光与物质作用时有
10、导体光检测器主要有 是通过 过程实现 、 11、无源器件主要有 调制器、光开关等。
、
和 。 、
和
三个物理过程。
两种，基本原理
、
、
和光
第1章 概论
12、在光纤通信系统中，对光源的调制可分
类。 13、光接收机中的噪声主要来源于 声，一般要求前置放大器应满足 求，目前常用的前置放大电路为 14、光缆常用码型有 、 和 、 型。 和
输出光脉冲为:
y t t 2 exp 2 2 2 1
为高斯波形，其中 为光脉冲的均方根值，试证明 FWHW（全宽半高度）带宽为：
f3dB ln2 2
第1章 概论
2.
试证明在半导体激光器中，当n与
有关时，激光器的模式间距有下式成立：
2 L(n dn /术
复习课
第1章 概论
考试类型
一、填空题 二、问答题 三、 证明题 四、 图示题 五、 计算题 六、设计题
第1章 概论
一、填空题
1、1880年，美国人（
2、 1966年，英籍华人（
）发明了用光波作载波传送话音的“光电
）指出了利用光纤进行信息传输的可能 为载波的通信方式。
各为多少？ 14．说明为什么光电二极管有一定的波长响应范围？ 15．什么是Pockel效应？什么是Kerr效应？ 16、什么是半导体激光器的温度特性？温度升高阈值电
流如何变化？若此时注入电流不变，输出光功率将如
何变化？
第1章 概论
三、证明题
1 光功率 x t 为的一个很窄的光脉冲，经过光纤传输后，
0.01,试求： 1)光纤的包层折射率n2＝？
2）该光纤数值孔径NA＝？
3、 阶跃光纤中相对折射率差Δ ＝0.005, n1=1.50,当波长分别为 0.85μ m和1.31μ m时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少？
4、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知
GaAs材料的Eg=1.43eV,InGaAsP材料的Eg=0.96eV,求各自的发射 光子波长。
22、异质结半导体激光器利用（
进行限制，利用（
）的材料对载流子进行限制。
第1章 概论
二、问答题
1、光纤通信中常用的低损耗窗口有几个？其中心波长各为多 少？ 2、光纤通信有哪些优点？ 3、简述单向传输光纤通信系统的基本组成。 4、 什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？ 5、什么叫光纤色散？试分析造成光脉冲展宽的原因？ 6、在半导体激光器P－I曲线中，哪一段范围对应于荧光，哪 一段范围对应于激光？ 7、LED和LD的有哪些区别？
q Ip P0 (1 es w )(1 R f ) hv
第1章 概论
四、图示题
1、设计一个与入射光偏振方向无关的光隔离器，用图示
表示，并说明各器件的作用。 2、用图示说明光开关的时分光交换原理，并给出必要的
说明。
第1章 概论
五．计算题
1、设阶跃折射率光纤的纤芯折射率和包层折射率分别为
第1章 概论
5、某半导体激光器LD由材料 Ga1 x Al x As 制成，其中表 示成分数且满足 0 x 0.37 ，这种材料的带隙能
量 Eg eV 1.424 1.266 x 0.266 x 2 求该LD能覆盖的波
长范围。
第1章 概论
6、已知光学谐振腔长400μm，折射率n=1.5,受激辐射 在腔中已建立振荡，设此时q=1000,求： 1)输出纵模波长和频率各为多少？ 2)光波的纵模间隔为多少？ 7、已知PIN光电二极管的量子效率η＝70％，接收光
第1章 概论
8、什么是量子效率和响应度？耗尽区宽度对量子效率有
何影响？ 9、光波分复用器与定向耦合器有何区别？ 10、光隔离器在光纤线路上作用是什么？ 11、什么是直接带隙材料？什么是间接带隙材料？
12、什么是WDM技术？WDM技术的主要特点是什么？
第1章 概论
13．光纤通信中常用的低损耗窗口有几个？其中心波长
n1 1.48 ，
n2 1.478 ， 工作波长 1320nm ，计算：
（1）单模传输时，光纤的纤芯半径的最大值。
，
（2）光纤的数值孔径。
（3）入射光纤端面的光线容许的最大入射角。 2、 光纤制造商想制备石英纤芯的阶跃光纤，其V=75,数值孔径 NA=0.30,工作波长为820nm,如果，则纤芯尺寸为多大？包层折射 率为多大？
ex t
1 1.41% n(n 1) 2
得到LED得输出光功率为：
P ext Pint 0.365(mw) 365( w)
第1章 概论
六、设计题
1、设计一个与入射光偏振方向无关的光隔离器，用图示表示，
并说明各器件的作用。 2、 某工程师有以下器件可供选用： （a）半导体激光器，工作波长为850nm ，能将1mW 的光功率 耦合进光纤； （b）有10段500长的光缆，损耗为4dB / km，两端均有连接器； （c）每个连接器的损耗为 2dB ； （d）一个PIN光电二极管接收机，其灵敏度为 45dBm ； （e）一个APD光电二极管接收机，其灵敏度为 56dBm 。 该工程师想构建一个速率为20Mb / s 的长 5km 的光纤链路，并 要求系统有的富余度，问应选择哪一种光接收机？
2
第1章 概论
3如果功率为 Po
由下式给出： 其中
的光入射到一个光电二极管上，此光电二极管的 电子－空穴产生的速率
G ( x)
G ( x) o s e s x
o
0
是单位面积入射的光通量，由下式给出：
P0 (1 R f ) Ah
等式中，A是检测器的面积。由此证明耗尽区宽度为W时的初级光电流为：
和
两
，为抑制噪 的要 和 。
。电缆常用码型有 和 。
15、 光纤接续的主要方法有
第1章 概论
16． 1970年，光纤研制取得重大突破，美国康宁公司成功
研制出了损耗为（ ）的石英光纤，同年光纤通信用 的光源也取得了实质性进展。
17．光纤是由中心的（
）和外围的（
）同轴组
成的圆柱体， 光能量主要在（ 复杂现象，如（ ）、（
Eg 1.424 1.266 x 0.266 x 2
(1)求出第一个LED的Al摩尔比例x和发光波长； (2)求出第二个LED的带隙能量和发光波长。
第1章 概论
11 一双异质结InGaAsP材料的LED的峰值发光波长为1310nm, 其辐射性复合时间和非辐射性复合时间分别为25ns和90ns， 驱动电流为35mA。 求出内量子效率和内功率电平； 如果光源材料的折射率为n=3.5，求器件的发射功率。
第1章 概论
3、在下列情况中，计算光纤的数值孔径;
阶跃塑料光纤，其纤芯折射率 n1 1.6 ，包层折射率: n2 1.49
阶跃光纤，具有石英纤芯：n1 1.485 和硅树脂包 层：1 1.405 . n
第1章 概论
2、某阶跃折射率光纤的纤芯折射率n1=1.50,相对折射率差Δ ＝
波长λ为1.55μm,求PIN的响应度R？如果入射光功
率为100μw，求输出电流是多少？ 8、某APD管用于波长1.55μm，其平均雪崩增益为20， 响应度为0.6A／W，当每秒钟有1000个光子入射 时，计算其量子效率和输出光电流。
第1章 概论
9 考虑一段由阶跃光纤构成的5km 长的光纤连路， n1 1.49 1 纤芯折射率 ，相对折射率差为 ％,求接 收端最快和最慢的模式之间的时延差。 10 有两个Ga1 x Al x As 材料的LED：其中一个带隙能量为 1.540eV;另外一个 x 0.015 。 根据经验公式 Ga1 x Alx As 的带隙能量
）中传输。 ）和自脉动现象。
18．半导体激光器在高速调制下，其瞬态特性会出现许多 19． 光有源器件与无源器件的本质区别是
（
）。
）来衡量。
20．光纤数字传输系统的误码性能用（
第1章 概论
21． 半导体激光器是光纤通信中的理想光源，其发光波
长与光纤的（
直接调制等。
）一致，并且对半导体激光器可
）的材料来对光波
第1章 概论
解a)：已知
r 25ns, nr 90ns, I 35mA, 1310nm
整体复合时间： 25 90 r nr 19.6(ns) r nr 25 90 内量子效率： 19.6 int 78.3% r 25 内量子功率: hcI Pint int 25.9(mw) q b)已知 n 3.5 则
话”，成为现代光通信的雏形。
性和技术途径。
3、光纤通信是 为传输媒质。以
4、 光纤中的纤芯折射率必须
包层折射率，单模光纤纤芯直径一
般为
般为
，多模光纤纤芯直径一般为
。 ）
，光纤包层直径一
5、 光纤的数值孔径NA的物理含义是（
第1章 概论
6、光纤主要的传输特性有 7、光纤的主要材料是
和
。 、
，结构从内到外依次是