【正文】 km)讀數(shù)分別是7 ；第一個接頭損耗：第二個接頭損耗：（2）第二段和第三段光纖的模場直徑MFD不一樣。17. 如果使用OTDR將光纖故障定位在真實位置177。，試證明光脈沖的寬度應(yīng)不大于5ns。解： 得到=5 ns（f）的高斯近似表達(dá)式為：至少對幅度為峰值75%的頻域內(nèi)的點是精確的。利用這個關(guān)系式，（f）/P（0）與頻率的關(guān)系曲線，頻率范圍是0～1000MHz。這些光纖的3dB帶寬分別是多少？解： 從圖中可以得到，這些光纖的3dB帶寬分別是 ， MHz， MHz第3章 光源和光檢測原來書上第3章的題目1. 計算一個波長為λ=1μm的光子能量，分別對1MHz和100MHz的無線電波做同樣的計算。 解：光子的能量E=焦耳。 對1MHz的無線電波E=hf= 1034106=1028焦耳。 100MHz， E=hf= 1034108=1026焦耳。2. 太陽向地球輻射的光波，設(shè)其平均波長λ=，射到地球外面大氣層的光強(qiáng)大約為I=。如果恰好在大氣層外放一個太陽能電池，試計算每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。解：波長λ=：E==1020焦耳每平方米的太陽能電池的光強(qiáng)為 I=1400W=1400焦耳/秒則每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)為I/E=1021 個3. 如果激光器在λ=，輸出1W的連續(xù)功率，試計算每秒從激活物質(zhì)的高能級躍遷到低能級的粒子數(shù)。解：在λ=：E==1020焦耳輸出功率1W=1J/s，即每秒輸出的能量為1J，則光子數(shù)為1/1020=1018那么每秒從激活物質(zhì)的高能級躍遷到低能級的粒子數(shù)等于出射光子數(shù)的一半，1018 4. 光與物質(zhì)間的互作用過程有哪些？解：在介質(zhì)材料中存在著受激吸收，自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射等三種光與物質(zhì)的相互作用過程。5. 什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？什么情況下能實現(xiàn)光放大？解：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是高能級上的粒子數(shù)量大于低能級上的粒子數(shù)的狀態(tài)，是一種非平衡狀態(tài)。 實現(xiàn)光放大的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、光學(xué)腔、增益介質(zhì)。6. 什么是激光器的閾值條件。解：當(dāng)注入電流較小時，激活區(qū)不能實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位，激光器發(fā)射普通的熒光。隨注入電流量的增加，激活區(qū)里實現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激輻射占主導(dǎo)地位，但當(dāng)注入電流小于閾值電流時，諧振腔內(nèi)的增益還不足以克服損耗如介質(zhì)的吸收、鏡面反射不完全等引起的諧振腔的確損耗，不能在腔內(nèi)建立起振蕩，激光器只發(fā)射較強(qiáng)熒光。只有當(dāng)注電流大于閾值電流時，才能產(chǎn)生功率很強(qiáng)的激光。7. 由表達(dá)式E=hc/λ，說明為什么LED的FWHM功率譜寬在長波長中會變得更寬些。解：由E=hc/λ可得到， λ=hc/E； 求關(guān)于光子能量的微分，可以得到 ，則 ，而，通常為，這樣再將E=hc/λ帶入，得到8. 試畫出APD雪崩二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場區(qū)及耗盡區(qū)的范圍。解：見書中圖。9. 一個GaAs PIN光電二極管平均每三個入射光子，產(chǎn)生一個電子空穴對。假設(shè)所有的電子都被收集。a試計算該器件的量子效率；，計算平均輸出光電流；c計算波長，當(dāng)這個光電二極管超過此波長時將停止工作，即長波長截止點λc。解：a、=1/3=%b、由和可得到 Ip=106 AC、 而= eV，則波長截止點λc=hc/=10. 什么是雪崩增益效應(yīng)？解：光生載流子穿過一個具有非常高的電場的高場區(qū)。在這個高場區(qū)，光生電子或空穴可以獲得很高的能量，因此它們高速碰撞在價帶的電子上使之產(chǎn)生電離，從而激發(fā)出新的電子一空穴對，這種載流子倍增的機(jī)理稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的載流子同樣由電場加速，并獲得足夠的能量從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，這種現(xiàn)象就是所謂的雪崩效應(yīng)。11. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%。解：， A/W波長越長，頻率越低，光子能量越低，對于同等的入射光功率則光子數(shù)量就越多，則電子空穴對也就越多，那么光生電流也就越大。第4章 光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)1. 光接收機(jī)中有哪些噪聲？解：主要有三種。第一種就是熱噪聲信號，在特定溫度下由電子的隨機(jī)運動產(chǎn)生的，它總是存在的，第二種是散彈（粒）噪聲，是由光子產(chǎn)生光生電流過程的隨機(jī)特性產(chǎn)生的，即使輸入光功率恒定也存在，散粒噪聲不同于熱噪聲，它不是疊加在光電流上，它作為獨立的一部分僅僅是產(chǎn)生光電流過程隨機(jī)性的一種方便的描述。第三種是在光檢測器之前使用的光放大器產(chǎn)生的放大的自發(fā)輻射噪聲ASE。2. RZ碼和NRZ碼有什么特點？解： NRZ碼與其他格式相比，其主要優(yōu)點是占據(jù)的頻帶寬度窄，只是RZ碼的一半，缺點是當(dāng)出現(xiàn)長連“1”，或“0”時，光脈沖沒有有和無的交替變化，這對于接收時比特時種提取是不利的。RZ碼克服了這個問題，解決了連“1”的問題有了電平的交替變化，但長連“0”問題仍然存在。3. 通信中常用的線路碼型有哪些？解：4B/5B、8B/10B4. 光源的外調(diào)制都有哪些類型？內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點？解：目前常用的外調(diào)制器有電折射調(diào)制器、電吸收MQW調(diào)制器、MZ型調(diào)制器等。內(nèi)調(diào)制優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實現(xiàn)；缺點：隨著傳輸速率的不斷提高，直接強(qiáng)度調(diào)制帶來了輸出光脈沖的相位抖動即啁啾效應(yīng)，使得光纖的色散增加，限制了容量的提高。外調(diào)制優(yōu)點：可以減小啁啾；缺點：比較復(fù)雜，成本較大5. 假定接收機(jī)工作于1550nm，帶寬為3GHz，前置放大器噪聲系數(shù)為4dB，接收機(jī)負(fù)載為RL=100Ω，溫度T=3000K，量子效率為η=1，=，Gm=1，試計算接收機(jī)靈敏度。解：1010 A2 對于BER=107，γ≈7； ==1=*105 W=*102 mW = dbm6. 在考慮熱噪聲和散彈噪聲的情況下，設(shè)APD的FA(Gm)=Gxm x∈（0,1），推導(dǎo)APD的Gm的最佳值GOpt，此時APD接收機(jī)的SNR最大。解：SNR=可見當(dāng)x=0時，APD的SNR最大。7. 證明對于OOK直接檢測接收機(jī)的誤碼率公式： 解：　　　　　則由BER=1/2+1/2 8. 對于PIN直接接收機(jī)，假設(shè)熱噪聲是主要噪聲源，且方差由（）給出，對于誤碼率為1012，速率為100Mbit/s和1Gbit/s，以每1比特的光子數(shù)表示的接收靈敏度是多少？設(shè)工作波長為1550nm。解：，σ02=σ熱2，σ12=σ熱2+σ散2， （）而忽略散彈噪聲，有σ12=σ02=，誤碼率為1012，則γ=7。對PIN ，=1，則計算，則=109/速率為100Mbit/s時，M=105 速率為1Gbit/s時，M= 1049. 推導(dǎo)（）？？？？10. 推導(dǎo)（）證明：在放大系統(tǒng)中信號與自發(fā)輻射噪聲差動噪聲與其他噪聲相比占主導(dǎo)地位，因此且 ，因此根據(jù)誤碼率公式，以及以上的假設(shè)，則誤碼率為 =， 得證。 11 發(fā)全“0”碼時的光功率為40μW，全“1”碼時的光功率為100μW，若信號為偽隨機(jī)碼序列，則消光比為多少？解：偽隨機(jī)碼序列，消光比為 EXT=P00/2PT=40/200=20%12已知某光端機(jī)的靈敏度為40dBm，動態(tài)范圍為20dB，若系統(tǒng)能正常工作，則接收的光功率在多少微瓦的范圍之內(nèi)？ 解：Pmin= 40dbm= 104 mW= 微瓦 Pmax= 40+20= 20dbm =102 mW =10微瓦則接