光纤通信期末考试题及答案分析(3)

激光产生的充分条件：

1）起振条件——阈值条件（1分）

光在谐振腔内传播时，光在镜面上总有一部分透射损失，且镜面和腔内激活介质总还存在着吸收、散射等损失，因而只有光的增益能超过这些损失时，光波才能被放大，从而在腔内振荡起来，称这个条件为振荡阈值条件。（2分）

2）稳定振荡条件——增益饱和效应（1分）

当入射光强增加到一定程度时，增益系数将随光强的增大而减小并最终达到稳定，这种现象称为增益饱和效应。（2分）

11、请写出Maxwell方程组的微分形式，解释各个物理量的含义，并说明每个方程描述的物理现象。

B D.答： E 1） H J 2） t t

D 3） B 0 4)

其中：E(r,t)为电场强度矢量、B(r,t)为磁感应强度矢量、D(r,t)为电

位移矢量、H(r,t)为磁场强度矢量、 = (r,t)为封闭曲面内的自由电荷密度标量、J=J(r,t)为电流密度矢量。

(1)式来源于法拉第电磁感应定律，指出变化的磁场会产生感应的电场，这是一个涡旋场，其电力线是闭合的，不同于闭合面内有电荷时的情况，且只要所限定的面积中磁通量发生变化，不管导体存在与否，必定伴随电场的变化。

(2)来源于安培环路定律，但麦克斯韦将其加上了由电场变化感生的位移电 D流项（其中JD 为位移电流密度），说明在交变电磁场作用下，磁场既包括 t

传导电流与空间自由电荷产生的部分，也包括位移电流产生的部分，变化的电场

产生的位移电流与传导电流以及空间自由电荷电流在产生磁效应方面是等效的。

(3)来源于电场的高斯定律，表示电场可以是有源场 (4)来源于磁通量连续定律，即通过一个闭合面的磁通量等于零，磁场是一个无源场，磁力线永远是闭合的。

四、计算题：

1、阶跃光纤纤芯和包层的折射指数分别为n1=1.46，n2=1.45，试计算：

1）纤芯子和包层的相对折射指数差Δ；

2）光纤数值孔径NA；

3）在1km光纤上,由于子午线的光程差所引起最大时延差Δτmax；

4）若将Δτmax减小为10ns/km, n2应选什么值；

2、阶跃光纤，n1=1.465, λ=1.31μm,

1）Δ=0.25,保证单模传输时，芯子半径a应取多大；

2）若取芯径a=5μm,保证单模传输时，Δ应怎样选择？

3、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，某一InGaAsP材料的Eg=0.96eV，求它们的发射波长。

参考答案：

1解：1） n1 n222 2）NA n1 n2 n1

Ln1n1 n2Ln1n1 n2 4） max Cn2Cn23） max

（带入数值计算）

2、1）解： 单模传输条件为：0 V 2.40483 即0

3、解： Eg(eV) h hc qq 2 n1a2 2.40483

hc1.24 m qEg(eV)Eg(eV)

1.24 m 0.867 m 1.43

1.24 m 1.292 m 0.96GaAs: InGaAsP:

4、一段40km长的光纤线路，其损耗为0.5dB／km。

（1）如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？

（2）如果光纤的损耗变为0.25dB／km，则所需的输入光功率又为多少？

5、一个光电二极管，当λ＝1.3μm时，响应度为0.6A/W，计算它的量子效率。（8分）

6、已知；（1）Si PIN 光电二极管，量子效率 0.7，波长 0.85 m，（2）Ge光电二极管， 0.4， 1.6 m，计算它们的响应度。

参考答案

4 (1) (2)

10P10P |dB lgout |dB lgout

LPinLPin

0.5 100.3 W100.3 W 0.25 lg lg40Pin40Pin

Pin 3 W

Pin 30 W

5、 R eo ( m) h 1.24

1.24 R(A/W)1.24 0.6 0.57 ( m)1.3

6. 响应度R IP eo eo ( m) Poh hc1.24

0.7 0.85 0.48A/W 1.24

0.4 1.6 0.52A/W 1.24Si 光电二极管：R Ge 光电二极管：R

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