光纤通信课后习题解答第6章光电检测器与光接收机习题解答.docVIP

习题解答 1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？ 答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PINPD和APD两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。 2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？ 答：光电检测器工作于负偏置状态。只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。 3、在PINPD中，I层半导体材料的主要作用是什么？ 答：通过扩展受激吸收的区域提高光电变换的效率及通过一定的内建电场提高器件的响应速度。 4、简述PINPD的工作原理。 答：当光照射到PIN光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。 5、在APD中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？ 答：高场区（即雪崩倍增区）。 6、简述APD的工作原理。 答：当光照射到APD的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。 7、光电检测器的响应度和量子效率有什么样的关系？这两个参数相互独立吗？ 答： 响应度从宏观角度描述光电检测器的光电变换效率，而量子效率则从微观角度描述光电检测器的光电变换效率。所以，响应度和量子效率不是相互独立的参数。 8、光电检测器的暗电流由哪些部分组成？这些组成部分分别对PINPD和APD的暗电流有何影响？ 答：由表面暗电流和体内暗电流组成。对于PINPD，表面暗电流远大于体内暗电流。对于APD，由于倍增效应的存在，其体内暗电流远大于表面暗电流。 9、APD的倍增因子是否越大越好？为什么？ 答：当MMOPT时，随着M的增加，系统的信噪比（S/N）也随着增大；当M增大到MOPT时，系统的信噪比（S/N）达到最大；如果M再增大时，由于噪声功率N的增加超过了信号功率S的增加，使得系统的信噪比（S/N）开始变小。所以，在实际应用中倍增因子并不是越大越好，而是应该取最佳值。 10、在非相干检测方式或直接功率检测方式中，什么说光电检测器实际是一个平方率检测器？若光接收机接收的光信号电场为： 试用理论证明之。 答：在非相干检测方式或直接功率检测方式中，实际上是从解调信号的平方项中接收有用信号的。所以，常常称光电检测器为平方率检测器。 从推导过程可以看出，有用信号是从平方项而来的。所以说，光电检测器实际是一个平方率检测器。 11、主要有哪些类型的相干检测方式？ 答：非相干检测方式和相干检测方式。 12、试画出光接收机的方框组成，并说明各部分的作用。 答： 光电检测器的主要作用是将接收的光信号变换成包括基本调制信号分量的电信号；前置放大器的主要作用是低噪声接收；功率放大器（又称为主放大器）主要作用是信号幅度放大到适合再生的电信号；均衡滤波器作用是低通滤波和将信号波形变换成无码间干扰的信号波形；再生器的作用是将接收的信号恢复成标准数字信号；AGC电路主要作用是稳定光接收机输出的信号幅度；高压变换器是为APD提供合适的电压（同时通过调整平均倍增因子大小，来进一步稳定光接收机的输出信号幅度）。 13、光接收机有哪些主要指标？它们的定义是什么？ 答：光纤通信系统主要包括光接收机灵敏度和光接收机动态范围两个指标。 所谓光接收机灵敏度，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机需要接收的最小平均光功率。而光接收机动态范围，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。 14、出现在光电检测器上的噪声有哪些？哪些是属于光电检测器本身产生的噪声？ 答：光电检测器上的噪声包括光检测噪声（有可能与信号强度相关的噪声）、暗电流噪声及背景辐射噪声。光检测噪声和暗电流噪声属于光电检测器本身产生的噪声。 15、为什么经过噪声处理后，光接收机的放大器通道可以看成线性通道？ 答：在噪声分析中，光接收机放大器的噪声已经归类到前置放大器。所以，光接收机的放大器通道可以看成线性通道。 16、为了避免使用烦琐费时的数值计算技术，在计算误码率时通常将概率密度函数近似为什么函数？ 答：为了简化计算，一般均将概率密度函数近似成高斯函数来进行相应的分析。 17、什么是理想光接收机？为什么理想光接收机的灵敏度又称为理想光接收机的量子极限？ 答：光电检测器暗电流为零、放大器无噪声和系统带