《光纤通信》第3章课后习题答案
1．计算一个波长为1m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1m的光子能量为
E

hfc

hc



6631034
J

s
3108m106m
s
1991020
J
对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为
Ehfc6631034Js1106Hz6631028JEhfc6631034Js100106Hz6631026J
2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长07m，射到地球外面大气层的光强大约为I014Wcm2。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



Ihfc
104

Ihc
104

014663103407106
3108
104

3981016
3．如果激光器在05m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


Ihfc

Ihc

1

663103405106
3

108
3981021
4．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？
14
f答：阈值增益为
《光纤通信》第3章课后习题答案
Gth


12L
l

1r1r2
其中是介质的损耗系数，r1r2分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益GGth时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2）
7．由表达式Ehc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


hc2

，于是得到



2hc
E
，可见当
E
一
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08m波段接收功率是107W，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13033
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（2）由量子效率IpeIphv得到
Pi
hvPi
e
Ip

IpePi
hv

ehc
Pi


22108
A

22
A
（3）GaAsPIN的禁带宽度为Eg1424eV，则截止波长为
m124124087mEg14r