【正文】 （a） 。（a） 若接收光功率為10dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比；（b） 若每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%，接收光功率減少到13dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比。3 如果題3中的pin光電二極管用一個(gè)G=10和F（G）=，那么系統(tǒng)的載噪比又是多少？解：即計(jì)算公式中的 G=10，=+2，代入計(jì)算公式得到：載噪比為 。解：m==（120）=。（也可以通過計(jì)算比較兩種噪聲的大小得到結(jié)論）。，將參數(shù)代入即可。 玻爾茲曼常數(shù) k= 1023 m2 kg s2 K1, 設(shè)定溫度為300K計(jì)算總載噪比，并畫出相應(yīng)的曲線如下圖。證明當(dāng)Req=75Ω時(shí)，在任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過量子噪聲而成為起決定作用的噪聲因素。第7章 光纖通信系統(tǒng)及設(shè)計(jì)1 商業(yè)級(jí)寬帶接收機(jī)的等效電阻為Req=75Ω。9. 敘述SOA－XGM波長變換的原理？解： CW探測(cè)波(λs)和泵浦波(λp)經(jīng)耦合器注入SOA，SOA對(duì)入射光功率存在增益飽和特性。功率補(bǔ)償放大器：將光放大器用于補(bǔ)償局域網(wǎng)中的分配損耗，以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。前置放大器：將光放大器接在光接收機(jī)前，以提高接收功率和信噪比。 8. 分別敘述光放大器在四種應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)各自的要求是什么？解：在線放大器：用在線放大器代替光電光混合中繼器。增益波動(dòng)，是增益帶寬內(nèi)的增益變化范圍（以dB為單位）。增益飽和，一般情況下輸入信號(hào)應(yīng)該足夠大，以便能引起放大器的飽和增益。解：增益，是輸出光功率與輸入光功率的比值（dB為單位）。5. 一個(gè)長250μm的半導(dǎo)體激光器做FP放大器，有源區(qū)折射率為4，則放大器通帶帶寬是多少？解：=（3108）/（24250106）=6. EDFA在光纖通信系統(tǒng)中應(yīng)用形式有哪些？解：主要有1）在寬帶光波分配系統(tǒng)中的應(yīng)用；2）作前置放大器，3）作功率放大器；4）作線路放大器。SBA中由于除了滿足能量守恒定理外，還要滿足動(dòng)量守恒定理（或相位匹配條件），當(dāng)散射光與入射光夾角為180度時(shí)得到最大的散射頻移和散射光強(qiáng)。解： SRA是靠非線性介質(zhì)的受激散射，一個(gè)入射泵浦光子通過非彈性散射轉(zhuǎn)移其部分能量，產(chǎn)生另一個(gè)低能和低頻光子，稱為斯托克斯頻移光，而剩余的能量被介質(zhì)以分子振動(dòng)(光學(xué)聲子)的形式吸收，完成振動(dòng)態(tài)之間的躍遷。解：放大器在1542nm處的增益為10log（Pout/Pin）=。雙向泵浦：結(jié)合了同向泵浦和反向泵浦的優(yōu)點(diǎn)，使泵浦光在光纖中均勻分布，從而使其增益在光纖中也均勻分布。同向泵浦：優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡單，噪聲低， 信號(hào)一進(jìn)入光纖即得到較強(qiáng)的放大；缺點(diǎn)是由于吸收，泵浦光將沿光纖長度而衰減。特點(diǎn)：小型化的半導(dǎo)體器件，易于和其他器件集成；與偏振有關(guān)；具有大的帶寬；但由于非線性現(xiàn)象(四波混頻)，SOA的噪聲指數(shù)高，串?dāng)_電平高。其主要特點(diǎn)是高增益、低噪聲、窄小帶寬。特點(diǎn)：不需要粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，能夠提供整個(gè)波段的光放大，主要問題在于所需泵浦的種類。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)移效率高、放大的譜寬適合于WDM光纖通信、具有較高的飽和輸出光功率、動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲指數(shù)小、與光纖的耦合損耗小、增益穩(wěn)定性好、增益時(shí)間常數(shù)較大；缺點(diǎn)：存在ASE噪聲、串?dāng)_、增益飽和等問題。第6章 光放大器1. 光放大器包括哪些種類，簡述它們的原理和特點(diǎn)，EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn)。9. NLOM是否可作光開關(guān)？解：可以。 8. 討論光纖光柵在光通信中的應(yīng)用。解：FP腔型濾波器的主體是FP諧振腔，是由一對(duì)高度平行的高反射率鏡面構(gòu)成的腔體，當(dāng)入射光波的波長為腔長的整數(shù)倍時(shí)光波可形成穩(wěn)定振蕩，輸出光波之間會(huì)產(chǎn)生多光束干涉，最后輸出等間隔的梳狀波形。它是光交換的關(guān)鍵器件，在光網(wǎng)絡(luò)中有許多應(yīng)用場(chǎng)合。 光濾波器用于濾出特定波長的光信號(hào)。相反，在WDM器件中則改變?nèi)廴诶F工藝，使分光比隨波長急劇變化。 4. 簡述光耦合器和WDM分波器有什么不同。解：設(shè)計(jì)思想：將同一輸入信號(hào)分成若干路分別經(jīng)歷不同的相移后又將它們合在一起輸出； 設(shè)計(jì)方法：將N個(gè)輸入波導(dǎo)和N個(gè)輸出波導(dǎo)，二個(gè)聚焦平面波導(dǎo)（星型耦合器）和通道陣列波導(dǎo)，集成在單一襯底上。解：1123456781213415162171821需開關(guān)數(shù)12個(gè)。采用較好的連接方法，改善連接器的性能。外部損耗主要有軸向位移、連接間隔、傾斜位移、截面不平整。對(duì)PIN ，=1，則計(jì)算，則=109/速率為100Mbit/s時(shí)，M=105 速率為1Gbit/s時(shí)，M= 1049. 推導(dǎo)（）？？？？10. 推導(dǎo)（）證明：在放大系統(tǒng)中信號(hào)與自發(fā)輻射噪聲差動(dòng)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。7. 證明對(duì)于OOK直接檢測(cè)接收機(jī)的誤碼率公式： 解：　　　　　則由BER=1/2+1/2 8. 對(duì)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(duì)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：1010 A2 對(duì)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(shí)APD接收機(jī)的SNR最大。內(nèi)調(diào)制優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)：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(dòng)即啁啾效應(yīng)，使得光纖的色散增加，限制了容量的提高。RZ碼克服了這個(gè)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。第三種是在光檢測(cè)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。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。11. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%。在這個(gè)高場(chǎng)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(jià)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(duì)，這種載流子倍增的機(jī)理稱為碰撞電離。a試計(jì)算該器件的量子效率；，計(jì)算平均輸出光電流；c計(jì)算波長，當(dāng)這個(gè)光電二極管超過此波長時(shí)將停止工作，即長波長截止點(diǎn)λc。9. 一個(gè)GaAs PIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子，產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。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(chǎng)區(qū)及耗盡區(qū)的范圍。只有當(dāng)注電流大于閾值電流時(shí)，才能產(chǎn)生功率很強(qiáng)的激光。解：當(dāng)注入電流較小時(shí)，激活區(qū)不能實(shí)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。 實(shí)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)。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(jí)躍遷到低能級(jí)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。如果恰好在大氣層外放一個(gè)太陽能電池，試計(jì)算每秒鐘到達(dá)太陽能電池上每平方米板上的光子數(shù)。 100MHz， E=hf= 10