《光纤通信系统》第二版_李履信,沈建华——习题解答(2)

2-10. 某阶跃折射率光纤的参数为n1=1.5，n2=1.485，现有一光波在光纤端面轴线处，以15°的入射角入射进光纤，试问该入射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？

2222nsin??n?n1?sin??1.5?1.485解：根据：o a12 即：a得：入射临界角（最大入射角）?a?12.22?

而现入射角?入?15???a?12.22?

所以，入射光线不满足全反射条件，不能传输，是辐射模。

2-12. 已知光纤参数为：n1?1.45，??0.01，??1.31?m，估算光纤的模场直径。

解：模场直径 d?2???1NA2?2??1?NAt/2

光纤最大理论数值孔径NAt为：

2NAt?n12?n2?n12??1.452?0.01?0.212

1d???5.56?m

3.141592654?0.212/2?

2-13. 光谱线宽度为1.5nm光脉冲经过长为20km，色散系数为3ps/nm·km的单模光纤传输后，光脉冲被展宽了多少？ 解：光脉冲被展宽了?m为：

2?1.31?m?m????Dm?L?1.5?nm?3Ps/nm?Km?20Km

=1.5×3×20 =90ps

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2-14. 为什么G.653光纤不适合于波分复用系统使用？ 答：由于G.653光纤在1550nm工作波长处具有最低色散（零色散），多信道（波分复用）系统使用时易引起四波混频效应，影响系统的性能，所以G.653光纤不适合于波分复用系统使用。

3-1. 比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同。 答：一、半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的不同之处：

1、工作原理不同：

LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。 2、LED不需要光学谐振腔，而LD需要。 3、和半导体激光器（LD）相比：

（1）发光二极管（LED）输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低。

（2）但LED性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。

4、LED的主要应用场合是小容量（窄带）、短距离通信系统。 5、LD主要应用于大容量（宽带）、长距离通信系统。 二、LD和LED的相同之处：

1、使用的半导体材料相同； 2、结构相似；

3、LED和LD大多采用双异质结（DH）结构； 4、都是把有源层夹在P型和N型限制层中间。

3-2. 为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、使用时间有什么关系？ 答：1、LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。

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2、激光器阈值电流是指：满足克服谐振腔内损耗而产生激光的最小的外加激励电流。

3、激光器的阈值电流Ith与激光器的使用温度、使用时间成正比关系。

3-4. 已知半导体材料GaAs的Eg=1.43eV，InGaAsP的Eg=0.96eV，分别求由这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。

hc1.24解：发射波长为：??E?E?eV??m

gg1、GaAs的发射波长为：

1.24?1??0.867?m

1.43?eV?2、InGaAsP的发射波长为：

1.24?2??1.292?m

0.96?eV?

3-6. 在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏置电流加得过大或过小对LD的调制特性会产生什么影响？

答：1、对LD驱动电路和偏置电路的要求是：

①输出的光脉冲峰值保持恒定； ②光脉冲的通断比应>>10；

③激光发射的时间必须远短于码元时间； ④采用阻尼电路以避免驰张振荡。

2、因为LD是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后才能发出激光，为使得较小的数据电流ID亦可产生足够的光输出，因此需要

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加偏置电流IB。

3、IB的选择取原则是略小于阈值电流Ith。

4、①太大的IB会引起消光比性能下降，同时较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短；

②太小的IB需要较大的数据电流ID才能满足阈值条件。

3-8. 何谓LD输出光脉冲的消光比？消光比不合要求时，将会对整个系统产生什么影响？

答：1、通断比（也称消光比），指光源器件发出光的“1”脉冲

全“0”码时平均输出光功率和“0”脉冲的比值，定义为：EXT?全“1”码时平均输出光功率

2、消光比不符合要求，也即在无输入的情况下，也会有残留光输出，对于接收机而言造成影响，降低系统的性能。

3-11．光发送机中输入接口的作用是什么？对驱动电路有什么时候要求？

答：1、作用：输入接口除了正常应该考虑信号幅度大小和阻抗外，特别应注意信号脉冲码型，即将原始信息变换为适宜于在光纤中传输的码型。 2、对驱动电路的要求如下： ①输出的光脉冲峰值必须保持恒定。

②光脉冲的通断比（即消光比）应≥10，以免接收灵敏度受到损害。 ③电流脉冲加上后，激光发射的时间必须远短于每位码元的时间段。 ④如加上的电流脉冲有较高的码速，则输出的光脉冲有可能引起弛张振荡，这就必须予以阻尼，防止它对系统性能发生不良影响。

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3-13. 在光发送电路中为什么要设置自动温度控制（ATC）电路？用ATC电路是控制LD的哪些因素？

答：1、温度变化引起输出光功率的变化，固然可以通过APC电路进行调节，使LD输出光功率恢复正常值。但如果环境温度升高较多，使得Ith增大较多，经APC调节后IB也增大较多，则LD的结温会升高过多，致使Ith更高，造成恶性循环，以致把LD烧坏。因此，对LD管芯的工作温度采用ATC电路，使其恒定在20℃左右，对光源长期稳定工作是有利的。

2、用ATC电路是控制LD的管芯温度。

4-1. 光纤通信系统对光检测器有什么要求？ 答：光纤通信系统对光检测器的基本要求是： 1、波长段内响应度或灵敏度要高。 2、具有足够的带宽和响应速度。

3、由检测器引入的附加噪声必须最低，暗电流、漏电流和并联电导必须最小。

4、不需要过高的偏压或偏流，具有高可靠性和长寿命。 5、检测器的几何尺寸要小，以便于与光纤耦合以及与其他电路的组装。

4-2. 光电二极管为什么必须工作在反向偏压状态？光电管产生的光电流中包括哪些分量？这些分量与哪些因素有关？光电管的响应时间与什么有关？

答：1、在扩散区内，因为光生载流子的扩散速度比耗尽区内光生载流子的漂移速度慢得多，这部分光生载流子的扩散运动的时延，将使检测器输出电流脉冲后沿的拖尾加长，这就影响了光电二极管的响应时间，限制了光电转换速度。

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