6、弱导波光纤7、阈值电流8、最坏值设计法参考答案1、瑞利散射是光纤材料的本征散射，它是由于光纤中折射率在微观上的随机起伏所引起。石英光纤在加热拉制过程中，由于热骚动，使原子得到的压缩不均匀，这使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀性在冷却的过程中被固定下来。这种不均匀度与波长相比是小尺寸的，因此产生的散射称为瑞利散射。2、一种将零色散移到波长1.55μm而该处损耗又最小的光纤。3、处于高能级的电子，在受到外来能量为hf=（E2－E1）的光子激发的情况下，跃迁到低能级，从而发射出一个和激发光子相同的光子的过程称为受激幅射。4、将激光器LD或发光二极管LED的驱动电流用叠加在偏置电流上的电信号进行调制，由此实现对LD或LED输出的光强度进行调制的方式称为直接调制。使LD或LED在一定的驱动电流下输出固定强度的光，再通过光调制器使输出光的信息随电信号而变化，将这种调制方式成为间接调制。5、处在一个子午面（包含光纤轴线的平面）内，经过光纤的轴线在周围边界面间作内部全反射的光纤。6、纤芯折射率与包层折射率差极小的光纤。7、当LD注入电流达到将产生激光时的电流值。8、最坏值设计法是系统设计中最常用的方法，这种方法在设计再生段距离时，将所有参考值都按最坏值选取，而不管其统计分布如何。三、简答题：1、光纤通信发展至今经历了哪些里程碑？2、应用于光纤通信系统的光源应该具备什么要求？3、由P-I曲线知，半导体激光器是阈值型器件，简述激光器随着注入电流的不同而经历的几个典型阶段。4、光纤中产生损耗的主要因素是什么？光纤中有哪些损耗？5、简述雪崩光电二极管的工作原理。参考答案1、（1）20世纪60年代初期，光纤通信发展史上迎来了第一个里程碑，世界上第一台相干振荡光源红白事激光器问世，给光通信带来了新的希望；（2）1966年华裔科学家C.K.Kao博士和G.A.Hockham，对光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，1970年，美国康宁玻璃公司的Kapron博士等人研制出传输损耗仅为20dB/km的光纤，这是光纤通信发展历史上的一个里程碑。（3）1985年，南安普顿大学的Mears等人制成了掺铒光纤放大器（EDFA）（4）1993年K.Hill等人提出了使用相位掩膜法制造光纤光栅，使得全光器件的研制和集成成为可能，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现是光纤通信史上的又一个里程碑。2、光纤通信系统均采用半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）作为光源。这类光源具有尺寸小、耦合效率高、发射波长在光纤中低损耗传输，响应速度快、波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等优点3、半导体激光器是一个阈值器件，它的工作状态随注入电流的不同而不同。当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发发射占主导地位，激光器发射普通的荧光，其工作状态类似于一般的发光二极管。随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射占主导地位，但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔里的增益还不足以克服损耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，激光器发射的仅仅是较强的荧光，这种状态称之为“超辐射”状态。只有注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐。模式明确的激光。4、由于吸收和散射的原因使光纤发生损耗。光纤中发生损耗的原因，有来自光纤本身的损耗，也有光纤与光源的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗，如熔接损耗，弯曲损耗，端面损耗，光学损耗等。光纤本身的损耗有吸收损耗（本征吸收、杂质吸收）和散射损耗（瑞利散射、结构缺陷散射）。本征损耗是光纤基础材料固有的吸收，并不是杂质或者缺陷所引起的。本征损耗特点是确定了某一种材料吸收损耗的下限，与波长有关。5、当在光电二极管上加反向电压，使其耗尽区内的电场强度大于105V/cm时，光生载流子在强电场作用下高速通过耗尽区向两级移动。在移动过程中，由于碰撞游离而产生更多的新载流子，形成雪崩现象，从而使流过二极管的光电流成百倍地增加。利用光生载流子雪崩效应工作的PN结光电二极管就是APD。6、光纤通信技术的特点7、单模光纤中有那几种色散？色散对光纤通信系统有什么影响？8、半导体激光器产生激光需要那些条件？光纤通信对半导体发光器件有哪些基本要求？9、简述掺铒光纤放大器的工作原理？参考答案：6、传输容量大；传输损耗小，中继距离长；抗干扰性好，保密性强，使用安全；材料资源丰富，可节约金属材料；重量纤，可绕性好，敷设方便；缺点是组件昂贵，光纤质地脆，机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小7、单模光纤中有材料色散、波导色散和偏振色散。色散使得输出光信号脉冲被展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量和传输距离。8、条件：1）．粒子反转分布条件（粒子能从“价带”泵浦到“导带”上）。2）．阈值条件（要有足够的能量使粒子泵浦到一定程度）。3）．选频机制（筛成单色光）。基本要求：1）．光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口：即短波长波段的0.85μm和长波长波段的1.31μm和1.55μm。2）．能长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。3）．与光纤耦合效率高。4）．光源的谱线宽度窄。5）．寿命长，工作稳定。9、掺铒光纤放大器的工作原理：在掺铒光纤中，低能级的电子吸收泵浦光的能量，由基态跃迁至处于高能级的泵浦态。由于泵浦态上载流子的寿命时间只有1us，电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下,亚稳态上的粒子数积累,从而实现了粒子数反转分布。信号光使得亚稳态上的电子以受激辐射的方式跃迁到基带上，对应于每一次跃迁，都将产生一个与信号光子一样的光子，此信号光子与电子（受激辐射）一起发射出去，实现了光放大。10.请写出激光产生的必要充分条件，并加以简单论述。10.答：激光产生的必要条件：1）粒子数反转分布（1分）当光束通过原子或分子系统时，一般情况下绝大部分粒子数处于
光纤通信期末考试题及答案分析
