光纤通信与信息处理技术复习资料
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循如下关系式： n J n
t qd
（a） 当电流密度在阈值 Jth 附近时，注入的载流子对浓
度为nth ，假设此时复合区内平均载流子寿命为 ，也
就是说在稳态有 n t 0 ，因此：
nth
J th
qd
第1章 概论
若输入强度为 Ip 的电流脉冲到未偏置的半导体激光
器中，证明受激辐射开始的时延为:
3、光纤通信是 光纤 为传输媒质。以 光 为载波的通信方式。
4、 光纤中的纤芯折射率必须大于包层折射率，单模光纤纤芯直径一
般为 9到10 μm ，多模光纤纤芯直径一般为50μm至100μm，光纤
包层直径一般为
。
5、 光纤的数值孔径NA的物理含义是（反映了光纤的聚光能力）
第1章 概论
6、光纤主要的传输特性有损耗和色散。 8、常用光源LD是以 为基础发 光，LED以 为基
10 有两个Ga1x Alx As 材料的LED：其中一个带隙能量为 1.540eV;另外一x个 0.015 。
根据经验公式 Ga1x Alx As 的带隙能量 Eg 1.424 1.266x 0.266x2
(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。
础发 光。 9、光与物质作用时有自发辐射、受激吸收和受激辐射三
个物理过程。 10、（半）导体光检测器主要有PIN光电二极管 和雪崩光电二极管两种，基本原理是通过 过程实
现。 11、无源器件主要有光连接器、光耦合器、光开关、光
隔离器、光衰减器和光调制器、光开关等。
第1章 概论
12、在光纤通信系统中，对光源的调制可分直接调制和间接调 制两类。
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（ ）中传输。
18．半导体激光器在高速调制下，其瞬态特性会出现许多 复杂现象，如（ ）、（ ）和自脉动现象。
19． 光有源器件与无源器件的本质区别是
（
）。
20．光纤数字传输系统的误码性能用（ ）来衡量。
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（ ）一致，并且对半导体激光器可直 接调制等。
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
和 、 型。
，为抑制噪
和
的要
14、光缆常用码型有 、 。电缆常用码型有 和
。
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。
第1章 概论
5、某半导体激光器LD由材料 Ga1x Alx 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 EgeV 1.424 1.266x 0.266x2 求该LD能覆盖的波
长范围。
第1章 概论
7、已知PIN光电二极管的量子效率η＝70％， 接收光波长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， 纤芯折射率 n1 ，1.相49 对折射率差为 ％ ,求1接 收端最快和最慢的模式之间的时延差。
2、用图示说明时分光交换的原理，并给出必要的说明。
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 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？
二、问答题 2第、1（章1）概论容许频带很宽，传输容量很大。
（2）损耗小，中继长且误码率很小。 （3）重量轻，体积小。 （4） 抗电磁干扰性能好。 （5）泄漏小，保密性好。 （6）节约金属材料，有利于资源合理使用。 3、信源、电发射机、光发射机、光接收机、电接收机
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
第1章 概论
光纤通信与信息处理技术 复习课
第1章 概论
一、填空题 二、问答题 三、 证明题 四、 计算题 五、 设计题
考试类型
第1章 概论
一、填空题
1、1880年，美国人（贝尔）发明了用光波作载波传送话音的“光电 话”，成为现代光通信的雏形。
2、 1966年，英籍华人（高锟）指出了利用光纤进行信息传输的可能 性和技术途径。
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：n1 1.405.
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＝
0.01,试求：
ln
Ip
I
p＋（IB－I
）
th
第1章 概论
3. 如果功率为 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 由下式给出： 其中 是单位面积入射的光通量，由下式给出：
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：
第1章 概论
四．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 n1 1.48，
第1章 概论
三、证明题
1 光功率 xt 为的一个很窄的光脉冲，经过光纤传输后，
输出光脉冲为:
yt
1
2
exp
t 2
2 2
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：
ln2
f3dB 2
第1章 概论
2 当向半导体激光器中输入电流脉冲时，在厚度为d 的复合区内，注入的载流子对的浓度n随时间的变化遵
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 源自文库A=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？
第1章 概论
11. 对于2×2耦合器，设A和B是分别表示输入和输出波长强的矩阵。其中
，对第一个输入端口给定输入
，假定第二个输入端口没有入射功率，即 。
,试求用散射矩阵
中元素 表示的传输率T和反射率R的表达式。
第1章 概论
五、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。
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
0.85μm和1.31μm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。
td
ln
Ip I p－I th
在这里，假设I=JA，其中J是电流密度A是有源区面
积。
（b）若激光器的预偏置电流密度为 JB IB A ，此
时初始额外载流子对的浓度 nB JB qd ，则输入
电流脉冲 Ip 时，有源区的电流密度为 J J B Jp
在这种情况下，推导公式：
td
一段范围对应于激光？ 7、LED和LD的有哪些区别？
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？什么
是同质节？什么是异质节？ 12、简述半导体激光器发光的基本原理。
t qd
（a） 当电流密度在阈值 Jth 附近时，注入的载流子对浓
度为nth ，假设此时复合区内平均载流子寿命为 ，也
就是说在稳态有 n t 0 ，因此：
nth
J th
qd
第1章 概论
若输入强度为 Ip 的电流脉冲到未偏置的半导体激光
器中，证明受激辐射开始的时延为:
3、光纤通信是 光纤 为传输媒质。以 光 为载波的通信方式。
4、 光纤中的纤芯折射率必须大于包层折射率，单模光纤纤芯直径一
般为 9到10 μm ，多模光纤纤芯直径一般为50μm至100μm，光纤
包层直径一般为
。
5、 光纤的数值孔径NA的物理含义是（反映了光纤的聚光能力）
第1章 概论
6、光纤主要的传输特性有损耗和色散。 8、常用光源LD是以 为基础发 光，LED以 为基
10 有两个Ga1x Alx As 材料的LED：其中一个带隙能量为 1.540eV;另外一x个 0.015 。
根据经验公式 Ga1x Alx As 的带隙能量 Eg 1.424 1.266x 0.266x2
(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。
础发 光。 9、光与物质作用时有自发辐射、受激吸收和受激辐射三
个物理过程。 10、（半）导体光检测器主要有PIN光电二极管 和雪崩光电二极管两种，基本原理是通过 过程实
现。 11、无源器件主要有光连接器、光耦合器、光开关、光
隔离器、光衰减器和光调制器、光开关等。
第1章 概论
12、在光纤通信系统中，对光源的调制可分直接调制和间接调 制两类。
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（ ）中传输。
18．半导体激光器在高速调制下，其瞬态特性会出现许多 复杂现象，如（ ）、（ ）和自脉动现象。
19． 光有源器件与无源器件的本质区别是
（
）。
20．光纤数字传输系统的误码性能用（ ）来衡量。
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（ ）一致，并且对半导体激光器可直 接调制等。
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
和 、 型。
，为抑制噪
和
的要
14、光缆常用码型有 、 。电缆常用码型有 和
。
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。
第1章 概论
5、某半导体激光器LD由材料 Ga1x Alx 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 EgeV 1.424 1.266x 0.266x2 求该LD能覆盖的波
长范围。
第1章 概论
7、已知PIN光电二极管的量子效率η＝70％， 接收光波长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， 纤芯折射率 n1 ，1.相49 对折射率差为 ％ ,求1接 收端最快和最慢的模式之间的时延差。
2、用图示说明时分光交换的原理，并给出必要的说明。
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 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？
二、问答题 2第、1（章1）概论容许频带很宽，传输容量很大。
（2）损耗小，中继长且误码率很小。 （3）重量轻，体积小。 （4） 抗电磁干扰性能好。 （5）泄漏小，保密性好。 （6）节约金属材料，有利于资源合理使用。 3、信源、电发射机、光发射机、光接收机、电接收机
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
第1章 概论
光纤通信与信息处理技术 复习课
第1章 概论
一、填空题 二、问答题 三、 证明题 四、 计算题 五、 设计题
考试类型
第1章 概论
一、填空题
1、1880年，美国人（贝尔）发明了用光波作载波传送话音的“光电 话”，成为现代光通信的雏形。
2、 1966年，英籍华人（高锟）指出了利用光纤进行信息传输的可能 性和技术途径。
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：n1 1.405.
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＝
0.01,试求：
ln
Ip
I
p＋（IB－I
）
th
第1章 概论
3. 如果功率为 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 由下式给出： 其中 是单位面积入射的光通量，由下式给出：
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：
第1章 概论
四．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 n1 1.48，
第1章 概论
三、证明题
1 光功率 xt 为的一个很窄的光脉冲，经过光纤传输后，
输出光脉冲为:
yt
1
2
exp
t 2
2 2
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：
ln2
f3dB 2
第1章 概论
2 当向半导体激光器中输入电流脉冲时，在厚度为d 的复合区内，注入的载流子对的浓度n随时间的变化遵
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 源自文库A=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？
第1章 概论
11. 对于2×2耦合器，设A和B是分别表示输入和输出波长强的矩阵。其中
，对第一个输入端口给定输入
，假定第二个输入端口没有入射功率，即 。
,试求用散射矩阵
中元素 表示的传输率T和反射率R的表达式。
第1章 概论
五、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。
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
0.85μm和1.31μm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。
td
ln
Ip I p－I th
在这里，假设I=JA，其中J是电流密度A是有源区面
积。
（b）若激光器的预偏置电流密度为 JB IB A ，此
时初始额外载流子对的浓度 nB JB qd ，则输入
电流脉冲 Ip 时，有源区的电流密度为 J J B Jp
在这种情况下，推导公式：
td
一段范围对应于激光？ 7、LED和LD的有哪些区别？
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？什么
是同质节？什么是异质节？ 12、简述半导体激光器发光的基本原理。