1．计算一个波长为??1?m的光子能量，分别对1MHz和100MHz的无线电做同样的计算。
解：波长为??1?m的光子能量为
E?hfc?hc/??6.63?10?343?108m/sJ?s??1.99?10?20J?610m
对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为
E?hfc?6.63?10?34J?s?1?106Hz?6.63?10?28J
E?hfc?6.63?10?34J?s?100?106Hz?6.63?10?26J2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长??0.7?m，射到地球外面大气层的光强大约为I?0.14W/cm2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。
解：光子数为
IIhc0.14?6.63?10?34?3?10844n??10??10??104?3.98?10?16 ?6hfc?0.7?103．如果激光器在??0.5?m上工作，输出1W的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
解：粒子数为
IIhc1?6.63?10?34?3?108n????3.98?10?21 ?6hfc?0.5?104．光与物质间的相互作用过程有哪些？
答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。 5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。 6．什么是激光器的阈值条件？
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答：阈值增益为
Gth???11ln2Lr1r2
其中?是介质的损耗系数，r1,r2分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益G?Gth时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2） 7．由表达式E?hc/?说明为什么LED的FWHM功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？
证明：由E?hc/?得到?E??定时，??与?2成正比。
8．试画出APD雪崩二极管结构示意图，并指出高场区及耗尽层的范围。
解：先把一种高阻的P型材料作为外延层，沉积在P材料上（P是P型重掺杂），然后在高阻区进行P型扩散或电离掺杂（叫π层），最后一层是一个N（N是N型重掺杂）层。
高场区是P区，耗尽区是Pπ区。
9．一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所以的电子都被收集，那么
（1）计算该器件的量子效率；
（2）在0.8?m波段接收功率是10?7W，计算平均是输出光电流； （3）计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点?c。
解：（1）量子效率为??1/3?0.33
+
+
+
+
hc?2??，于是得到?????2hc?E，可见当?E一
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Iphv（2）由量子效率????得到
Pin/hvPineIp?Ip/ePin/hv?Ip/e??ehcPin?2.2?10?8A?22nA
?1.424eV（3）GaAsPIN的禁带宽度为Eg?(?m)?1.241.24??0.87?m Eg1.424，则截止波长为
10．什么是雪崩增益效应？
答：一次光生载流子穿过一个具有非常高的电场高场区。在这个高场区，光生电子－空穴可以获得很高的能量。他们高速碰撞在价带上的电子，使之电离，从而激发出新的电子－空穴对。新产生的的载流子同样由电场加速，并获得足够的能量，从而导致更多的碰撞电离产生，这种现象叫雪崩效应。
11．设PIN光电二极管的量子效率为80%，计算在1.3?m和1.55?m波长时的响应度，说明为什么在1.55?m处光电二极管比较灵敏。
解：1.3?m时的响应度为R?0.8?1.3?0.84A/W；
1.241.24??(?m)0.8?1.55??1A/W。 1.55?m时的响应度为R?1.241.24???(?m)因为响应度正比于波长，故在1.55?m处光电二极管比1.3?m处灵敏。 12．光检测过程中都有哪些噪声？
答：量子噪声，暗电流噪声，漏电流噪声和热噪声。
补充题1．一束光在介质中传播时，其光强I随传播距离z的变化通常表示为I?I0e(G??)z，其中I0为初始光强，G为光强增益系数，?为光强损耗系数。试推到这个式子，并说明此式成立条件。
解：设光束通过厚度为dz的一层介质时，其光强由I变为I?dI，在光
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《光纤通信》第3章课后习题答案
