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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

dI/Gzd?放大时dI?0，可写成dI?GIdz，即I，若G为常数，则积分得到I?I0eGz；

???dz在衰减时，dI?0，可写成dI???Idz，即dI/I分得到I?I0e??z；

，若?为常数，则积

所以，当光放大和光衰减同时存在时，便有I?I0e(G??)z。 显然，此式成立的条件是：G,?都与I,z无关。

补充题2．设LD的光学谐振腔长为L，谐振腔前、后镜片的光强反射系数分别为r1,r2，谐振腔介质的光强损耗系数为?，谐振腔的光强增益系数为G，试证明：激光所要求的谐振条件（阈值增益条件）为

G???11ln2Lr1r2

解：在谐振腔内任取一点z，此点光强I(z)，该光强向右传播到前镜片，经反射后向左传播到后镜片，再经过反射向右传播回到z点，则光强变为

(G??)2L I(z?2L)?I(z)rre12 13

显然，产生激光的条件为返回z点的光强要大于z点发出的光强

I(z?2L)?I(z)

(G??)2L(G??)2L即I(z)rr?I(z)，得到rr?1，因而 12e12eG???11ln2Lr1r211ln2Lr1r2

记Gth???，是谐振腔的总损耗，只有增益G?Gth时，才能产生激光，

故把Gth叫激光器的阈值条件。

第4章 无源光器件

1. 光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？ 解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。

外部损耗主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。

内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗，包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。

采用较好的连接方法，改善连接器的性能。

2. 试用2×2耦合器构成一个8×8空分开关阵列，画出连接图和输入输出端口信号间流向，计算所需开

关数。 解： 1 2 3 4 5 6 7 8 1 23 45678

需开关数12个。

3. 讨论图5.22所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。

解：设计思想：将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出；

设计方法：将N个输入波导和N个输出波导，二个聚焦平面波导（星型耦合器）和通道阵列波导，集成在单一衬底上。使得输入／输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则。

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4. 简述光耦合器和WDM分波器有什么不同。

解：在宽带光纤耦合器中，通常通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分光比不受波长的影响。相反，在WDM器件中则改变熔融拉锥工艺，使分光比随波长急剧变化。

5. 光滤波器有哪些种类，滤波器应用在什么场合？

解：光滤波器主要有F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器、声光可调滤波器，光纤光栅滤波器。

光滤波器用于滤出特定波长的光信号。

6. 光开关有哪些性能参数，在光纤通信中有什么作用？

解：光开关的性能参数主要有开关时间、通断消光比、插入损耗、串扰、偏振依赖损耗；

光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如系统的主备切换等。它是光交换的关键器件，在光网络中有许多应用场合。

7. 简述F-P腔可调谐滤波器的工作原理。

解：F-P腔型滤波器的主体是F-P谐振腔，是由一对高度平行的高反射率镜面构成的腔体，当入射光波的波长为腔长的整数倍时光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最后输出等间隔的梳状波形。通过改变腔长L或腔内的折射率n来改变滤波器的中心波长。

8. 讨论光纤光栅在光通信中的应用。

解：光纤光栅的应用范围有光纤激光器、WDM合/分波器、超高速系统中的色散补偿器、固定或可调滤波器、光纤放大器、光纤光栅全光分插复用器等。

9. NLOM是否可作光开关？

解：可以。改变环的长度或光波的波长，使来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间产生相移，两者之间产生相长和相消，达到开和关的作用。

1．光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点？

答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。

1）半导体光放大器

它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。

2）光纤放大器

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（1）非线性光纤放大器

强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里渊放大器（SBA）两种。

（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器）

在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。

EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。

2．EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？

答：EDFA的三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦：信号光和泵浦光经WDM复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。

同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB~5dB。这是因为在输出端的泵浦光比较强可以更多地转化为信号光。而双向泵浦又比反向泵浦输出信号提高约3dB，这是因为双向泵浦的泵功率也提高了3dB。其次，从噪声特性来看，由于输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因此在未饱和区，同向泵浦式EDFA 的噪声系数最小，但在饱和区，情况将发生变化。不管掺铒光纤的长度如何，同向泵浦的噪声系数均较小。最后，考虑三种泵浦方式的饱和输出特性。同向 EDFA 的饱和输出最小。双向泵浦 EDFA 的输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。

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