1、求解 Bessel 方程的过程，实际上就是根据边界条件和场分布选择适当的 Bessel 函数的过程。解的形式所以有 21 aVnV归 一 化 频 率 ， 结 构 参 数U、W、V 是无量纲参数1. 假设一阶跃折射率光纤，其参数 a6m， 0.002，n11.5，当光波长 分别为1.55m、1.3m 和 0.85m 时，求光纤中可以传输哪些导模？ 模 ；所 以 ， 光 纤 中 导 模 只 有 110210 45.376HEna模 。光 纤 中 的 导 模 只 有， 123210110210 ,.8. HETMV2. 一阶跃折射率光纤，其纤芯半径 a=25m，折射率n1=1.5，相对折射率差 =1
2、%，长度 L=1km。求： （1）光纤的 NA； （2）子午光纤的最大时延差； （3）若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的 NA 和最大时延差。0.21 5n2NAscLNAn8-5120 .3 .5 2sAc6-251. 例 2：已知 Si-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为40um，InGaAs-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为4um，两者的光生载流子漂移速度为 105m/s，结电容为 1pF，负载电阻为 100。求：这两种光电二极管的带宽各是多少？解：例 题 3Si-PIN 光电二极管具有直径为 0.4mm 的光敏面，当波长 700nm 的红光以强度 0.1mW/cm2 入射时，产生56.
3、6 nA 的光电流。求该光电二极管的响应度和量子效率。解：因入射光强 I= 0.1mW/cm2，所以入射光功率为响应度：量子效率：例 题 4PIN 光电二极管的分布电容是 5pF，由电子-空穴渡越时间限制的上升时间是 2ns，计算 3dB 带宽和不会显著增加上升时间的最大负载电阻。 解：由光生电子-空穴对渡越时间限制的 3dB 带宽是为了不使 RC 上升时间显著影响系统的上升时间，由负载电阻决定的 RC 上升时间应小于渡越时间的四分之一， 所以有因此，允许的最大负载电阻 RL 是 46 。例 题 5InGaAs APD 没有倍增时（ G=1） ，波长 1.55m 处的量子效率为 60%，当反向
4、偏置时的倍增系数是 12，假如入射功率为 20 nW，光生电流是多少？当倍增系数是12 时，响应度又是多少？ 解：由量子效率决定的响应度为假设没有倍增时的光电流是 Ip0，入射光功率 Pin 时，根据响应度的定义可以得到初生光生电流当有倍增时的光电流：倍增时的响应度：例：假如输入信号功率为 300 W，在 1 nm 带宽内的输入噪声功率是 30 nW，输出信号功率是 60 mW，在1nm 带宽内的输出噪声功率增大到 20 W ，计算光放大器的噪声指数。解：光放大器的输入信噪比为(Ssnr)in=10*103输出信噪比为(SNR)out=3X103所以噪声指数为 NF=IN/OUT=3.33一、
5、光纤通信的优点1. 频带宽，通信容量大；2. 损耗小，传输距离长；3. 抗电磁干扰：相互之间不会干扰，石英材料抗外界电磁干扰、抗雷电损坏；4. 抗噪声干扰：石英材料抗电机、荧光灯等其他电器的电磁干扰；5. 体积小，重量轻，成本低，便于施工；6. 保密性好，不向外辐射能量即使弯曲地段也无法窃听；7. 材料源丰富。二、光纤通信的发展阶段1. 第一代光纤通信系统20 世纪 70 年代末投入营运，由 0.85 m 的光源和多模光纤构成。0.85 m 光纤损耗较大，传输带宽有限，因而第一代只适用于低速率、短距离的传输。亚特兰大第一条：44Mb/s，约 10km。2. 第二代光纤通信系统20 世纪 80
6、年代初投入营运，采用 1.3 m 的LED 或 LD 作为光源，多模光纤作为传输介质。多模光纤的色散限制了传输速率，也只能应用于低速率场合。140Mb/s 以下，距离 20km。3. 第三代光纤通信系统20 世纪 80 年代中期开始投入营运。（1）1.3m 的半导体激光器为光源， 1.3m 的单模光纤作为传输介质。典型的速率 140Mb/s，中继距离大于 30km。（2）1.55m 激光器作为光源， 1.55m 的单模光纤作为传输介质。典型速率565Mb/s、622Mb/s、2.488Gb/s，中继距离大于100km，上世纪 80 年代后期大量投入使用。数值孔径 NA=n12群时延差 =Ln1
7、/c*V=2.405截止波长 c1. 色散特性:物理学中，色散是指由于某种物理原因使得具有不同波长的光经过透明介质后被散开的现象，如白光经三棱镜后的彩色光带，这是因为玻璃对不同波长的光具有不同的折射率。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率或不同模式的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。色散对光纤通信系统的影响：对模拟光纤通信系统，使得波形重叠、信号失真；对数字光纤通信系统，使得脉冲展宽，产生码间干扰、增加误码率，影响光纤的传输带宽、通信容量。（1）色散的分类光纤的色散可分为模式色散、模内色散/色度色散、偏振模色散。多模光纤中，模式色散占主要地位，模内色散很少，实际应用中可以不考
8、虑，因此多模光纤的色散用时延差表示。单模光纤中只传输基模，不存在模式色散，此时模内色散地位就凸显出来了。当波长在 1.31m附近，模内色散接近零。2. 一阶跃折射率光纤，其纤芯半径 a=25m，折射率n1=1.5，相对折射率差 =1%，长度 L=1km。求： （1）光纤的 NA； （2）子午光纤的最大时延差； （3）若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的 NA 和最大时延差。第四章激光器起振的阈值条件是什么？激光器起振的相位条件是什么？半导体激光器的主要特性有哪些？1）. 输出光功率特性（1）阈值电流（2）功率线性度 （3）光输出饱和度（4）激光器的光电转换效率2）. 温度特性3）.光谱特性单色
9、性（1）发射波长（2）激光器的纵模反映器件的光谱特性（3）激光器的谱线宽度（4）边模抑制比4）. 激光束的空间分布方向性5）. 瞬态特性半导体激光器的瞬态特性对通信会产生什么样的影响？如何避免？ 电光延迟要产生码型效应方法：第一，增加直流偏置电流，使 LD 偏置在 Ith 附近。第二，双脉冲信号进行调制。 当最高调制频率接近张弛振荡频率时，波形严重失真，以至于使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际使用的最高调制速率应低于张弛振荡频率。简述 DFB 激光器的工作原理。DFB 激光器的周期性沟槽在有源层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充当 Bragg 反射镜的作用；只有在 Bra
10、gg 波长附近的光波才能满足振荡条件，从而发射激光。根据光栅方程 =m，反射光束同相加强的条件为由图中所示 B， ， 的几何关系，上式也可表示为DFB 或 DBR 激光器的分布反馈是 =/2 的布拉格反射，这时有源区的光在栅条间来回振荡。此时产生激光输出的布拉格条件为：典型驱动电路(模拟和数字)。10.功率控制电路和温度控制电路的目的是什么？分别通过什么参数进行控制？功率控制电路：为防止接通电源时光源电流的瞬态过冲，往往先让调制电路、反馈电路及运算放大器等接通，而偏置电流 Ib 却是缓慢增加，即接通电源后，反馈电路、调制电路达到稳定工作之前，偏置电路缓慢启动，防止了接通电源瞬间冲击电流对光源的损伤。参数：偏置电流 Ib，阈值电流 Ith温度控制电路： 当 LD 温度升高时，Rf 下降，差分放大器输入压降升高，差分放大器输出电压升高， BGl 正向导通，通过制冷器 RC 的电流 IC 加大，使LD 的温度下降，维持 LD 的结温不高于设定的温度。参数：热敏电阻 Rf，制冷器 RC
