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第四章光纤通信系统原理

一、填空

1．在半导体中，费米能级必须超过（）才能发生粒子数反转。

2．半导体光源的核心是（）。

3．LED的主要特性参数是（）、（）、（）。

4．光发送机主要由（）、（）、（）组成。

5．衡量光检测器性能的技术指标有（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。

6．接收机中存在的噪声源可分为（）和（）。

二、选择（一个或多个选项）

1．原子的三种基本跃迁过程是（）。

A．自发辐射 B．受激发射 C．自发接收 D．受激吸收

2．SLM激光器可分为两类，即（）和（）式激光器。

A．集中反馈 B．分布反馈 C．耦合腔　 D．导体腔

3．光接收机中的散粒噪声包括（）。

A．量子噪声 B．暗电流噪声 C．漏电流噪声 D．APD倍增噪声

4．实际系统中，即使没在光纤传输也存在的造成接收机灵敏度恶化的因素有（　　）

A．消化比 B．强度噪声 C．散粒噪声 D．热噪声　　Ｅ．取样时间抖动

三、简答

1、光发射机的基本要求？（数字和模拟系统）

2、光接收机前端的作用是什么？有哪三种不同的前端设计方案？各有何特点？

3、论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。

四、计算

１．太阳向地球辐射的光波平均波长λ＝０.７μm，射到地球外面大气层的光强约为Ｉ＝０.4Ｗ／

cm2。若在大气层外放一太阳能电池，计算每秒钟到达太阳能电池板上每平方米面积的光子数是多少？

２．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？

３．一个光电二极管，当λ＝1.3μm时，响应度为０.６Ａ／Ｗ，计算它的量子效率。

答案见下

参考答案

一、填空

1、带隙 2、PN结 3、输出功率和效率输出光谱特性响应速度和带宽 4、光源光源驱动和调制电路

信道编码电路

5、响应度相应特性暗电流渡越时间光谱响应光灵敏度雪崩倍增因子

6、散粒噪声热噪声

二、选择

1、ABD 2、BC 3、ABCD 4、ABE

三、

1、发射入纤光功率要大，以利于增加传输距离；非线型失真要小，以利于减小微分相位（DP）和微分

增益（DG）或增大调制指数m（mTV）；调制指数m（mTV）要适当大；光功率温度稳定性要好。

2、光接收机前端的作用是将光纤线路末端耦合到光电二极管的光比特流转换为时变电流，然后进行预

放大，一边后级作进一步处理。三种方案：（1）低阻抗前端：电路简单，不需要或只要很少的均衡，

前置级的动态范围也比较大，但缺点是灵敏度较低，噪声比较高。（2）高阻抗前端：一般只适用于低

速系统。（3）跨阻抗前端：具有频带宽、噪声低、灵敏度高、动态范围广等综合优点，被广泛采用。

3、由于损耗的存在，在光纤的传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在

很大程度上决定了系统的传输距离。所以系统在设计的时候要考虑用光信号的放大中继。色散是光纤

的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光

纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤

在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，

造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方

面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离

也要缩短。

四、计算

1、Eo＝hc/λ＝2.84×10－19J I/Eo＝1.4×1022个/s.m2

2、λ1＝1.24/Eg＝1.24/1.43＝0.87μm（GaAs材料）λ2＝1.24/Eg=1.24/0.96＝1.3μm（InGaAsP材

料）

3、η＝1.24R/λ＝0.572