光子学与光电子学原荣邱琪习题题解

光子学与光电子学 原荣 邱琪 编著 1 《光子学与光电子学》 习题及题解 原荣 邱琪 编著 第1 章 概述和理论基础 1-10 计算每个脉冲包含的光载波数 考虑工作在1 550 nm 波长的10 Gb/s RZ 数字系统，计算每个脉冲有多少个光载波振荡？ 解：已知λ = 1.550 μm，所以光频是Hz101.93514×==λcf，光波的周期是 1Tf== 5.168×10−15 s。 已知数字速率是10 Gb/s RZ码，所以脉冲宽度是T = 1/(10×109) = 10−10 s，所以在该脉冲宽度内的光周期数是 19349015.168/101510ele=×==−−TTN 1-11 计算LD 光的相干长度和相干时间 单纵模 LD 的发射波长是1550 nm，频谱宽度是0.02 nm，计算它发射光的相干时间和相干长度。 解：由题可知，λ = 1550×10−9 m，Δλ = 0.02 × 10−9 m，从式（3.1.18）可知 ()()Hz102.5100155/1031020.0/929892×=××××=Δ=Δ−−λλ cv 于是，相干时间是 019104)102.5/(1/1−×=×=Δ≈Δvts 或者 0.4 ns 相干长度是 12.0104103108c=×××=Δ=−tcl m 或者 12 cm 与LED相比（见例 1.3.4），LD的相干长度是LED的6.3×103倍。 习题与题解 2 第2 章 光波在光纤波导中的传输 2-14 平面电介质波导中的模数 平面电介质波导宽为100 μm，，490.11 =n084.12 =n，使用式（2.2.6）估算波长为1.55 μm 的自由空间光入射进该波导时，它能够支持的模数。并把你的估算与下面的取整公式进行比较 1π2Int+⎟⎠⎞⎜⎝⎛=VM 解：全反射的相位变化不能够大于π，所以φ /π 小于 1。对于多模波导，φ>>V，式（2.2.6） ()π2π2VVm≈−≤φ。利用已知的参数和式（2.2.7），可以计算V 值如下： ()()21.3648.149.1105.11050π2π2212266212221=−×××=−=−−nnaVλ 此时()06.23π/21.362π2=×=≤Vm，把0=m模算上，就有 24 个模。利用取整公式可以算出该波导能够支持的模数 ()()2313.1436.212Int1π2Int=+×=+=VM。 该题和例 2.2.1 比较，因为074.12 =n变为084.12 =n，波长由1.0 μm 变为1.5 μm，所以波导能够支持的模数也减少了。 2-15 计算保证只有一个 TE 模工作的AlGaAs 对称平板波导的最大中心厚度 已知自由空间波长λ = 0.85 μm，计算保证只有一个TE模工作的AlGaAs对称平板波导的最大中心厚度。波导参数为n1 = 3.6，n2 = 3.55。 解：由式（2.2.9）可得到最大平板厚度为 μm 711.055.36.3258.02222221c=−=−=nnd...