习题解答

1、比较LED和LD，并说明各自适应的工作范围。

答：LED的发射光功率比LD要小，不适合长距离系统；LED的光谱宽度比LD大得多，不适合长距离系统；LED的调制带宽比LD小得多，不适合长距离系统；LED的温度特性比LD好得多。所以，LED适应于短距离小容量光纤通信系统，而LD适应于长距离大容量光纤通信系统。

2、试说明LED的工作原理。

答：当给LED外加合适的正向电压时，Pp结之间的势垒（相对于空穴）和Np结之间的势垒（相对于电子）降低，大量的空穴和电子分别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区（由于双异质结构，p区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P区和N区），在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其它衰减而产生自发辐射的光输出。

3、试说明LD的工作原理。

答：当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大（其余自发辐射光子均被衰减掉），直至传播到高反射率界面由被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。

4、为什么应用单纵模LD光纤通信系统的传输速率远大于使用LED光纤通信系统的传输速率？

答：因为单纵模LD的谱线宽度比LED的谱线宽度小得多，单纵模LD的调制带宽比LED的调制带宽大得多，所以单纵模LD光纤通信系统的传输速率远大于使用LED光纤通信系统的传输速率。

5、若激光物质的禁带宽度为0.8eV。试问该激光物质所能辐射的光波长是多少？

答：

=1.24/0.85

=1.55

6、光与物质的相互作用有哪几种方式？

答：光与物质的相互作用时，存在自发辐射、受激辐射及受激吸收三种基本过程。

7、什么是粒子数反转分布？

答：高能级上的电子数多于低能级上电子数，这种现象称为粒子数反转分布状态。

8、在光纤通信系统中，光源为什么要加正向电压？

答：利用外加适当的正向电压可以实现发光物质的粒子数反转分布状态，从而使物质总体呈现发光过程。

9、光发送机主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？

答：光发送机主要由光源、驱动电路及辅助电路等构成。驱动电路的主要作用是为光源提供要求的驱动电流；光源的主要作用是完成电光变换（光调制）；辅助电路主要完成自动功率控制、自动温度控制及光源保护等功能。

10、光调制方式有哪些？目前的数字光纤通信系统采用的是数字调制方式？还是模拟调制方式？

答：光调制方式主要按照光源与调制信号的关系及已调制信号的性质两种方式分类。根据光源与调制信号的关系，可以将光源的调制方式分为直接调制方式和外部（或间接）调制方式；根据已调制信号的性质，可以将光源的调制方式分为模拟调制方式和数字调制方式。从调制的本质上来说，目前的数字光纤通信系统采用的是模拟调制方式。

11、若归一化调制信号波形为x(t)=sinΩt，试写出已调光信号的电场表达式和对应的平均发送光功率表达式。

答：

PT=＜eT2(t)＞

=KT2＜[1+msin(Ωt)]cos2(ωct+φ0)＞

= KT2/2＜[1+msin(Ωt)]＞+ KT2/2＜[1+msin(Ωt)] cos2(ωct+φ0)＞

= KT2/2

12、一个优良的驱动电路一般要满足哪些要求？

答：能够提供较大的、稳定的驱动电流；有足够快的响应速度，最好大于光源的驱动速度；保证光源具有稳定的输出特性。

13、在光发送机中，为什么要设置APC电路？

答：主要是为了保持LD光发送机输出的平均光功率达到稳定，同时具有保护光源安全的作用。

14、在光发送机中，主要应用哪些类型的自动功率控制电路？

答：在光发送机中，主要应用普通电参数自动功率控制电路和光电反馈自动功率控制电路。

15、为什么说图5.18电路具有连“0”保护作用？

答：在输入信号为连“0”时，A1和A3的输出的增加基本相同，所以不会使光源的输出光功率增加或增加很大，因此具有保护LD的功能。

16、在光发送机中，为什么要设置ATC电路？

答：为了保证光发送机具有稳定的输出特性，对LD的温度特性进行控制是非常必要的，而且对LD的温度控制也是保护LD的一项关键措施。

17、试叙述在温度升高时图5.20电路的工作过程。

答：当某种原因引起光源温度升高时，热敏电阻RT阻值降低，使由R1、R2、R3及RT组成的电桥失去平衡，A1放大器反向输入端电位提高，使A1放大器输出端电位降低，晶体三极管T提供的制冷电流增加。所以，半导体制冷器（Semiconductor Cooler，SCR）冷面温度下降，致使安装于半导体制冷器SCR冷面的LD温度回落，直至基本恢复到原来的温度。

光纤通信课后习题解答-第5章--光源和光发送机习题解答