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1、第三章练习题(答案)一、填空题1. 常用光源 LD是以 受激辐射 为基础发 相干(激) 光,LED 以 自发辐射 为基础发 非相干(荧) 光。2. 光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是:受激吸收,自发辐射,受激辐射;产生激光的最主要过程是:受激辐射 。3. 激光器由 工作物质 、 激励源(泵浦源) 和 光学谐振腔 三部分组成。4. 激光振荡器必须包括增益介质、激励源和 光学谐振腔 。5. LD的 P-I特性具有 阈值 特性,其阈值电流随温度升高而 升高 ,当其增大至原来的 1.5 倍时,LD 寿命告终。6. 在半导体激光器 PI 曲线中, 工作电流小于阈值电流的 范围对应于 荧光区 ,
2、 工作电流大于阈值电流的 范围对应于激光。7. 光电检测器的作用是 进行光/电转换 ,PIN 管本质上是外加 反向(或负) 偏压的 PN 结。8. 常用的导体光电检测器主要有 PIN光电二极管(PIN-PD) 和 雪崩光电二极管(APD) 两种,基本原理是通过 受激吸收(光电效应) 过程实现 光电转换 。9. 无源器件主要有 光纤连接器 、 光耦合器 、 光隔离器 、 光波分复用器 、 和 光波长转换器 、光开关等。10.光纤连接器的主要性能指标有 插入损耗(介入损耗) 、 回波损耗 、互换性、插拔寿命、 重复性、 稳定性 等。11. 表示光纤耦合器性能指标的参数有 隔离度 、 插入损耗 和分
3、光比等。二、选择题1. 光纤通信系统中使用的光器件主要有:( D )A 激光器、发光二极管; B 分布反馈激光器、PIN 光电二极管;C 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器; D 光源、光检测器、光放大器。2. 光纤通信系统中常用的光检测器主要有:( B )A. 激光器、发光二极管 B. PIN 光电二极管、APD 雪崩光电二极管C.分布反馈激光器、PIN 光电二极管 D. PIN 光电二极管、半导体激光器 LD3. 光源的作用是:( B )A 产生输入光波信号; B 将电信号电流变换为光信号功率,即实现电-光转换;C 产生输入光功率; D 光波对电信号进行调制,使其载荷信息在光纤中传输。
4、4. 发光二极管 LED产生的光:( A )A 是荧光而不是激光; B 是激光而不是荧光;C 是自然光而不是激光; D 是相干光而不是荧光。5. 光电二极管是:( D )A 将接收的光功率全部转换为电功率,即满足能量守恒定律;B 将接收的光信号功率转换为倍增电流,即实现信号的放大;C 将接收的光功率一部分转换为电功率,一部分转换为热量;D 将接收的光信号功率变换为电信号电流,即实现光-电转换。6. 随着激光器使用时间的增长,其阈值电流会( C )A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少7. 为防止反射光对光源的影响,应选用哪种器件?( B )A光耦合器 B光隔离器 C
5、光衰减器 D光纤活动连接器8. 光纤的连接分为:( C )A 固定连接和永久性连接; B 固定连接和熔连接;C 固定连接和活动连接; D 粘连接和熔连接。9. 光纤耦合器是实现:( B )A 不同波长的光功率进行合路的器件; B 光信号分路/合路的功能器件;C 同一波长的光功率进行合路的器件; D 不同波长的光功率进行分路的器件。10. 下面说法正确的是:( C )A光隔离器是一种只允许单一波长的光波通过的无源光器件;B 光隔离器是一种不同光信号通过的无源光器件;C 光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件;D 光隔离器是一种不允许单向光通过的无源光器件。11. 光分波器是:( B )A 将
6、从一根光纤传输来的同波长的光信号,按不同光波长分开;B 将从一根光纤传输来的不同波长的复合光信号,按不同光波长分开;C 将从一根光纤传输来的一路光信号,分成多路光信号;D 将从一根光纤传输来的一个光波信号,分成多个光波信号。12.在掺铒光纤放大器中,泵浦光源的作用是:( B ) (见 P81倒数 1段)A 与入射光叠加产生光的放大;B 产生粒子数反转;C 作为增益介质,对光信号进行放大;D 实现受激辐射放大。三、判断题1. 半导体激光器和发光二极管的作用是完成电光转换,其本质上是外加反向偏压的 PN结。( )2. 光电检测器的作用是完成光电转换,PIN 管本质上是外加正向偏压的 PN 结。(
7、)3. LED的 P-I特性呈线性,故无论用模拟信号和数字信号对其进行调制均不需要加偏置电流。( )4. 温度特性反映 LD的 P-I特性与温度之间的关系。温度升高,阈值电流变大,若温度升高时注入电流不变,则输出光功率不变。( )四、问答题1. 光纤通信系统中常用的光源主要有几种?常用的光检测器主要有几种?答:光纤通信系统中常用的光源主要有半导体激光器(LD)和半导体发光二级管(LED) 。常用的光检测器主要有 PIN 光电二极管(PIN-PD)和雪崩光电二极管(APD) 。2. 半导体发光二极管与半导体激光器的本质区别是什么?答:半导体发光二极管与半导体激光器的本质区别是:发光二级管没有光学
8、谐振腔,不能形成激光。发光二级管的发光仅限于自发辐射,所发出的是荧光,是非相干光,由于不是激光震荡,所以没有阈值。3. 半导体光电检测器是利用什么原理实现光- 电的转换?答:半导体光电检测器是利用半导体材料的光电效应原理实现光-电的转换的。4. 什么是粒子数反转分布?答:(详细)如设半导体低能级上的粒子密度为 N1,高能级上的粒子密度为 N2,在正常状态下, N1 N2,总是受激吸收大于受激辐射。即在热平衡条件下,物质不可能有光的放大作用。要想物质产生光的放大,就必须使受激辐射 大于 受激吸收,即使 N2 N1 (高能级上的电子数多于低能级上的电子数) ,这种粒子数的反常态分布称为粒子(电子)
9、数反转分布。(简略)使半导体出现高能级上的电子数多于低能级上的电子数,这种粒子数的反常态分布称为粒子(电子)数反转分布。5. 温度对 LD 有什麽样的影响?采用什麽方法可以抑制温度对它的影响?答:LD 的阈值电流和输出光功率随温度而变化。温度升高,阈值电流增加,如果注入的电流保持不变,则发光功率降低。为了保证输出光功率稳定,需要采用自动温度控制电路(ATC)和自动功率控制电路(AGC)抑制温度对它的影响。6. 什么是光合波器和光分波器?答:光合波器(也叫光波分复用器)的功能是把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起,输入到一根光纤;分波器(也叫解复用器)的功能是把一根光纤输出的多个不同波长
10、的光信号,分配给不同的接收机。7. 光纤耦合器的功能是什么?答:光纤耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出(分路) ,或把多个输入的光信号组合成一个输出(耦合) 。8. 什么是掺铒光纤?(P80)答:在光纤纤芯中注入稀土元素铒形成的特殊光纤,它在泵浦光源作用下可直接对某一种波长的光信号进行放大。9. 在掺铒光纤放大器中,泵浦光源的作用是什么?答:在掺铒光纤放大器中,泵浦光源的作用是使得工作物质处于粒子数反转分布,具有了光放大作用。10. 掺铒光纤放大器由几部分组成?答:掺铒光纤放大器主要由残儿光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器及光滤波器等部分组成。11. EDFA 有三种基本的应用方式,分别是什么?答:EDFA 有三种基本的应用是前置放大器、功率放大器和线路放大器。五、综合题1. 分别画出半导体发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)的典型输出特性曲线,并在 LD的曲线上标出阈值电流点及荧光区和激光区的范围。解:LED 和 LD 的典型输出特性曲线分别如下荧光区激光区LED典型输出特性曲线 LD 典型输出特性曲线复习知识点: