光纤通信第三章习题

17 解： 响应度 且 则 所以 ρ= ŋe/hf f=c/ λ ρ= ŋe λ/hc ŋ=hc ρ/e λ =0.573
附加题 某2 ×2双锥形光纤耦合器的输出功率 双锥形光纤耦合器的输出功率 P1=200 µw,另外三个端口的输出功率分 另外三个端口的输出功率分 别是P2=90 µw,P3=85 µw,P4=6.3nw,求 别是 求 耦合比,附加损耗 插入损耗及隔离度. 附加损耗,插入损耗及隔离度 耦合比 附加损耗 插入损耗及隔离度
答： 相同点: 都是利用PN结发光的半导体光源 结发光的半导体光源,都是 相同点 都是利用 结发光的半导体光源 都是 工作在低损耗的光纤工作窗口， 工作在低损耗的光纤工作窗口，一般都采用双异 质结结构. 质结结构 发光原理不同.发光二极管是自发辐 不同点 :(1)发光原理不同 发光二极管是自发辐 发光原理不同 发出的光的频率不同， 射,发出的光的频率不同，方向不同 光谱范围较 发出的光的频率不同 方向不同,光谱范围较 激光器是受激辐射,发出的光的颜色纯 宽.激光器是受激辐射 发出的光的颜色纯 方向性 激光器是受激辐射 发出的光的颜色纯,方向性 好. (2)光的 性质不同 发光二极管发出的是非相干 光的 性质不同.发光二极管发出的是非相干 是荧光.激光器发出的是相干光 是激光. 光,是荧光 激光器发出的是相干光 是激光 是荧光 激光器发出的是相干光,是激光 (3)适用范围不同 发光二极管适用于低速率 短 适用范围不同.发光二极管适用于低速率 适用范围不同 发光二极管适用于低速率,短 距离的场合.激光器适用于高速率 长距离的场合. 距离的场合 激光器适用于高速率,长距离的场合 激光器适用于高速率 长距离的场合
折射率变化和电场的二次方成正比关系的 二次电光效应或称克尔效应。 称为二次电光效应或称克尔效应 称为二次电光效应或称克尔效应。
声光效应
是指光波在介质中传播时， 是指光波在介质中传播时，被超声波场衍射 或散射的现象。 或散射的现象。 由于声波是一种弹性波， 由于声波是一种弹性波，声波在介质中传播 会产生弹性应力或应变这种现象成为弹光效应， 会产生弹性应力或应变这种现象成为弹光效应， 介质弹性形变导致介质的密度发生疏密交替的 变化，从而引介质折射率的周期变化， 变化，从而引介质折射率的周期变化，并形成 折射率光栅。当光波在介质中传播时， 折射率光栅。当光波在介质中传播时，就会发 生衍射现象，衍射光的强度， 生衍射现象，衍射光的强度，频率和方向等将 随着超声场的变化而变化。 随着超声场的变化而变化。
15 解: (1)量子效率 光生电子 空穴对数 入射光子数 量子效率ŋ=光生电子 空穴对数/入射光子数 量子效率 光生电子-空穴对数 =1/3 (2)输出光电流 ŋ λ eP/hc 输出光电流I= 输出光电流 =2.15 ×10-8A (3)长波长截止点 c=hc/ Eg 长波长截止点λ 长波长截止点 =8.69 ×10-7 m =0.869µm
5 解：波长为 波长为λ=1µm的光子能量为： 的光子能量为： 波长为 的光子能量为 E1=hf=hc/ λ=6.628 × 10-34 × 3 × 108 =1.9884 × 10-19J 频率为f=1MHz的无线电波的能量为： 的无线电波的能量为： 频率为 的无线电波的能量为 E2=hf=6.628 × 10-34 × 1 × 106 =6.628 × 10-28J 频率为f=1000MHz的无线电波的能量为： 的无线电波的能量为： 频率为 的无线电波的能量为 E3=hf= 6.628×10 -34 ×1000×106 × × =6.628 ×10-25J
第三章习题
1解：根据
N2 E2 − E1 = exp(− ) N1 kT
（1）当f=3000MHz，T=300K时 N2/N1=0.9995 （2）当λ=1µm，T=300K时 N2/N1=1.43 × 10-21 （3）当λ= 1µm ，若N2/N1=0.1，环境温度 T=6523K
4 半导体激光器和发光二极管的异同。
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11 解： 当x=0时，Eg= 1.424eV=1.424 ×1.6 × 10-19J 时 =2.2784 × 10-19J 此时λ 此时 1=hc/ Eg=8.73 ×10-7 m=0.873 µm 当x=0.37时， Eg= 1.424+1.266 ×0.37 时 +0.266×0.372eV × =1.9288354eV ×1.6 × 10-19J =3.086 × 10-19J 此时λ 此时 2= hc/ Eg=6.44×10-7 m=0.644µm 所以LED的波长 应满足λ2< λ< λ1,,即 所以 的波长λ应满足 即 的波长 应满足 0.644 µm < λ<0.873 µm
电光效应
某些晶体在外加电场的作用下， 某些晶体在外加电场的作用下，其折射率 将发生变化，当光波通过此介质时， 将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特 电光效应。 性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应 性就受到影响而改变，这种现象称为电光效应。 光波在介质中的传输规律受到介质折射率 分布情况的制约， 分布情况的制约，而折射率的分布又与其介电 常数密切相关。 常数密切相关。介质的介电常数与晶体中的电 荷分布有关，当晶体上施加电场之后， 荷分布有关，当晶体上施加电场之后，将引起 束缚电荷的重新分布， 束缚电荷的重新分布，并可能导致离子晶格的 微小形变，其最终结果是导致介电常数的变化， 微小形变，其最终结果是导致介电常数的变化， 引起折射率的变化。 引起折射率的变化。 折射率变化和外电场分布呈线性关系的 称为线性电光效应或者普克尔效应 线性电光效应或者普克尔效应。 称为线性电光效应或者普克尔效应。
磁光效应
沿物体的某一方向施加一个外磁场， 沿物体的某一方向施加一个外磁场，物体内 的磁畴的磁矩就会从各个不同的方向转到磁场 方向上来，这样就对外显示出磁性。 方向上来，这样就对外显示出磁性。当光波通 过这种磁化的物体时，其传播方向会发生变化， 过这种磁化的物体时，其传播方向会发生变化， 这种现象就是磁光效应。 这种现象就是磁光效应。 磁光效应 磁光效应包括法拉第旋转效应，克尔效应， 磁光效应包括法拉第旋转效应，克尔效应， 磁双折射效应等。 磁双折射效应等。
解： (1)耦合比 端口2: CR2=90/(90+85)×100%=51.43% 端口3: CR3=85/(90+85 )×100%=48.57% (2)附加损耗Le=0.58dB (3)插入损耗 端口1和端口2: Lt12=3.47dB 端口1和端口3 :Lt13=3.72dB (4)隔离度:IR=45.02dB
9解：
由于E 由于 g=hf=hc/ λ =1.43eV=1.43 ×1.6 ×10-19J 所以λ=hc/ Eg 所以 = 6.628×10-34 ×3 ×108÷1.43 ×1.6 × ×10-19 =8.69×10-7 m × =0.869 µm 当Eg=0.96eV时 时 λ=hc/ Eg=1.295 µm