华中科技大学信息光电子30道复习题集答案_20250192057
1、电子与光子有哪些差别？光子有哪些显著的特征？
特征电子光子
静止质量Mo 0
运动质量Me 2/hv c
传输特性不能在自由空间传输能在自由空间传输
传播速度小于光速（c）等于光速（c）
时间特性有时间不可逆性有一定的类时间可逆性
空间特性高度的空间局域性不具空间局域性
粒子特性费米子（服从费米统计）玻色子（服从玻色统计）
电荷-e 0
取向特性两个自旋方向两个偏振方向
光子具有极高的信息容量和效率，极快的响应能力，极强的互联能力与并行能力，极大的存储能力。光子静止质量为零，但是可以传输电磁能和动能，也可以传输偏振特性。光子在真空中以光速传播，在其他介质中速度会有所减小。
光子没有自旋,电子有自旋.电子是费米子，带基本电荷，具有空间局域性。它可以是信息的载体，也可以是能量的载体。作为信息载体时，可以通过金属导线或无线电波在自由空间进行传递。电载信息的主要储存方式为磁储存。光子是玻色子，电中性，没有空间局域性而具有时间可逆性。它可以是信息的载体，也可以是能量的载体。作为信息载体时，可以通过光纤（光缆）或自由空间进行传递，光载信息的主要存储方式为光储存。
光子具有的优异特性：光子具有极高的信息容量和效率，光子具有极快的响应能力，具有极强的互连能力与并行能力，光子具有极大的存储能力。
2、为什么说光波是理想的信息载体，光纤是理想光信息传输介质？
->发送信号的频率越高（波长越短），可载送的信息量就越多.光波范围包括红外线、可见光、紫外线，波长范围为300um~6*10-3um，光波的波长远远比无线电波波长短，所以目前可以认为光波是理想的信息载体。
->光纤是理想的光信息传输介质：1.传输频带宽，通信容量大。2.信息传输的损耗小，容易实现长中继距离的传输。3．可用光纤作为传输，介质损耗小（可达到0.2dB/km），传输速率大（50Tbit/s）。
3、描述半导体激光器激光产生的过程。半导体激光器的材料应如何选择？
首先，由外界的泵浦作用使增益介质处于激发态；然后，自发辐射开始发生，产生一系列具有不同波长的光子源；有些光子经过频率选择并获得了反馈，重新进入增益介质；这些被反馈会回来的光子会使处于激发态的增益介质受激跃迁，并发生受激辐射，产生更多与之相同的光子；上述过程反复发生，直到激光器中只有经过选频的频率和增益大于损耗的光频率存在。这时输出的激光实际上是从半导体激光器谐振腔中泄漏出来的激光，谐振腔中的激光强度要远大于输出的激光强度。
选择半导体激光器的材料首先应该考虑该材料的能带间隔，只有增益谱峰值在需要的波长上才是理想的材料，且必须存在可以让电子跃迁的空能级；另外，必须选择直接带隙材料，这样的材料能更有效地受激发射光子。
（激光的产生过程:讲稿2,43页。半导体材料的选择：讲稿2,54~57页。）
4、要实现高效的半导体激光器，应如何设计其结构？
对于实现高效的半导体激光器，主要从提高激光器的阈值特性，转换效率以及线宽特性等方
面考虑。在其结构设计中多采用双异质结的结构，以获得高效的器件效率。
1.实现了载流子的限制，双异质结结构在有源区形成了可以限制载流子的势阱，在有源区内载流子浓度很高，实现了很大的粒子数反转，极大增加了电光转换效率，阈值也得到降低。
2.条带状几何结构，将驱动电流限制在小有源区结构上，有源区上得到较大的电流密度，获得很高光增益，阈值降低，同时小的光发射区有利于光纤的耦合
3.双异质结结构的LD不同部分折射率有差异，载流子浓度差也影响折射率分布，得到类波导结构，由此形成在有源区实现了全反射，腔内光子密度增大，阈值降低，同时光子出射方向受限，获得更好的方向性。
（以上是往届师兄的原稿，PPT中暂时没有找到双异质结的相关内容，LD设计部分参见讲稿2，73~91页。）
5、实现可调谐半导体激光器，主要有哪些方法？各自特点如何？
可调谐半导体激光器主要有机械调谐，温控调谐，电控调谐几种方法实现调谐。
其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐，具有ns级调谐速度，较宽的调谐带宽，但输出功率较小，基于电控技术的主要有SG-DBR（采样光栅DBR）和GCSR（辅助光栅定向耦合背向取样反射）激光器。温控技术是通过改变激光器有源区折射率，从而改变激光器输出波长的。该技术简单，但速度慢，可调带宽窄，只有几个nm。基于温控技术的主要有DFB（分布反馈）和DBR（分布布喇格反射）激光器。机械控制主要是基于MEMS（微机电系统）技术完成波长的选择，具有较大的可调带宽、较高的输出功率。基于机械控制技术的主要有DFB（分布反馈）、ECL（外腔激光器）和VCSEL（垂直腔表面发射激光器）等结构。
(分类见第二讲95页，104~125页。特点见百度百科：可调谐激光器)
6、直接调制与外调制的主要特征
直接调制：通过调制半导体激光器有缘区的注入电流将信息调制到发射光波上面。
优点：结构简单，紧凑，成本低，插入损耗小。
缺点：调制频率受到张弛振荡频率的限制，即使采用量子阱结构商用的调制速率小于10Gbit/s；在直接调制中会产生严重的啁啾，限制了传输的范围。调制消光比较外调制低。另外，直接调制和高色散光纤结合运用可以实现增益开关，脉冲压缩，和短脉冲的产生（用作RZ源）。
Direct laser modulation
Advantage over external modulation
? Cost : single comp onent
? Insertion losses
Drawbacks
? Limited frequency : related to relaxation oscillations
? strong chirp (limits transmission range)
?Wavelength changes with drive current
?Large wavelength excursion at leading and trailing edges of pulses
?Only used in low bandwidth short distance transmission
? Alternative application
? Gain switching for short pulses generation (RZ source) associated
with a dispersive fibre for pulse compression
Direct
– Simple
– Cost-effective
– Compact
外调制：优点：调制速率高，可以实现高速信号的调制，低的啁啾，调制产生边带少，低调制变形，高消光比，可以实现多种调制码型，格式。
缺点：需要除激光器额外的器件，增加成本，结构相对复杂，增加了额外的插损。
External
– Additional component
– Additional loss
– Higher speed
– Large extinction ratio
– Low chirp
– Low modulation
distortion
（见第3讲4~6页）
7．3LiNbO －MZ 强度调制与电吸收调制的主要工作原理。
根据3LiNbO 晶体的介电张量，我们可以知道，在外界电场的作用下，在3LiNbO 晶体中传输的光会发生相移，这相当于3LiNbO 晶体的折射率发生改变，所以我们可以通过改变3LiNbO 晶体中的电场来控制光通过该介质的相移大小，在3LiNbO －MZ 调制其中，光被分束进入3LiNbO －MZ 调制器的两支3LiNbO 臂中，当给这两臂分别加电场时就可以在这两臂得到不同的相移，在耦合处会发生干涉，干涉就会会产生强度调制。演讲稿3/P(14-26)
电吸收调制是一种损耗调制方式。（只能进行强度调制）它利用Franz-Keldysh 效应和量子约束Strk 效应，工作在调整前的吸收边界波长上。其工作原理是：改变调制器上的电压，使多量子阱（MQW ）的吸收边界波长发生变化，进而控制光束的通断，实现调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出功率最大，电压增大，多量子阱（MQW ）吸收边移向长波长，于是原波长处的吸收系数变大，调制器成断状态，输出功率最小。演讲稿3/P(10-11)/P40
8.光纤中有哪些非线性效应？他们是如何产生的？并说明他们是如何影响光信息的传输的？
光纤中的非线性效应包括由介质对光场的受激散射引起非弹性效应，和由介质中的非线性电极化率引起的弹性效应（Kerr 效应）。
非弹性散射包括SBS(受激布里渊散射)和SRS （受激拉曼散射），在这个过程中光场将部分能量转移至非线性介质。其过程可以解释为：一个入射光场的光子湮灭，产生一个红移光子(Stokes 光)和一个具有适当能量和动量的声学/光学声子， 以满足能量/动量守恒。出来的光子和原光子波长不同。
SBS ：（演讲稿5/138）由于光子和分子的相互作用，当入射光过强时，光纤的二氧化硅晶格产生光散射，形成频率偏移散射波，入射光的部分能量转给了后向散射光。在SBS 中，Stokes 光只能是背向散射；SBS 在朝向光源的方向上产生增益，会引起光源不稳定。
SRS: （演讲稿5/P116）是强激光的光电场与原子中的电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相耦合产生的，具有很强的受激特性，即与激光器中的受激光发射有类似特性：方向性强，散射强度高。SRS 中可以是前向/背向散射。SRS 由于带宽很宽，在WDM 系统中将造成信道间的耦合，使误码率增加。另外，可以利用SRS 效应采取大功率泵浦光形成拉曼放大器。
SBS ，SRS 的存在将引入消耗功率代价，并使传输光波叠加从而噪声变强。
弹性效应包括SPM ，XPM ，FWM 。
自相位调制(SPM)：（演讲稿5/71） 即信号光强的瞬时变化引起自身的相位调制。光纤的折射率随信道功率而变，从而导致光脉冲前后沿的附加调相和频谱展宽(啁啾)，经光纤色散转化为时域波形畸变。这种展宽与信号的脉冲形状和光纤的色散有关。在光纤正常色散区中，沿着光纤传输的信号经历暂时的较大展宽，但在异常色散区，光纤的色散效应和自相位调制效应可能会相互补偿，从而使信号的展宽小些。
互相位调制(XPM ，CPM)：（演讲稿5/78） WDM 系统中某一信道的相位受到其它信道功率变化的调制，经光纤色散转化为强度噪声。
四波混频(FWM)：（演讲稿5/103）WDM 系统中信道间相互作产生新的频率，当其落入已有信道带宽内时造成强度起伏引入信道间的串扰。同时FWM 还可以用作全光波长转换等应用。
MI ：另外由于一个信道本身有宽度，在传输过程中，信号谱线中心附近的噪声被放大，并通过类似于四波混频的过程转化为信号输出端的强度噪声。这被称为调制不稳定MI 。
7. 3LiNbO －MZ 强度调制与电吸收调制的主要工作原理。（ppt 第三章从14—72）
在外界电场的作用下,由于电光效应，3LiNbO 晶体的折射率发生改变，横向和纵向传输的光的速度会不同，从而产生位相差，而利用MZ 调制器，我们又可以把位相差转化为对光强的调制。
电吸收调制是一种损耗调制方式。其工作原理是：改变调制器上的电压，使多量子阱（MQW ）的吸收边界波长发生变化，进而控制光束的通断，实现调制。当调制器无偏压时，光束处于通状态，输出功率最大，电压增大，多量子阱（MQW ）吸收边移向长波长，于是原波长处的吸收系数变大，调制器成断状态，输出功率最小。
8. 光纤中有哪些非线性效应？他们是如何产生的？并说明他们是如何影响光信息的传输的？ (PPT 第6章66—155)
光纤中的非线性效应主要有：受激拉曼散射（SRS ）， 受激布里渊散射（SBS ），自相位调制（SPM ），交叉相位调制（XPM ），四波混频（FWM ）。
SRS 和SBS 都是光场在介质中传输时引起的非弹性效应。在这个过程中光场将部分能量转移至非线性介质。其过程可以解释为：一个入射光场的光子湮灭，产生一个红移光子(Stokes 光)和一个具有适当能量和动量的声学/光学声子， 以满足能量/动量守恒。SBS 中，Stokes 光只能是背向散射；SRS 中可以是前向/背向散射。
SBS ，SRS 的存在将引入功率代价，并使传输光波叠加强度噪声从而使光束质量变差。SRS 由于带宽很宽，在WDM 系统中将造成信道间的耦合，使误码率增加。另外，可以利用SRS 效应采取大功率泵浦光形成拉曼放大器。
SPM ，XPM ，FWM 都是由介质中的非线性电极化率引起的弹性效应。
自相位调制(SPM)： 光纤的折射率随信道功率而变，从而导致光脉冲前后沿的附加调相和频谱展宽(啁啾)，经光纤色散转化为时域波形畸变。
互相位调制(XPM ，CPM)： WDM 系统中某一信道的相位受到其它信道功率变化的调制，经光纤色散转化为强度噪声。SOA 中的XPM 可用全光逻辑门如全光XOR 门等。
四波混频(FWM)：WDM 系统中信道间相互作产生新的频率，当其落入已有信道带宽内时造成强度起伏引入信道间的串扰。同时FWM 还可以用作全光波长转换等应用。
9. 半导体光放大器的基本结构及如何改善其工作性能?
①半导体光放大器(SOA)工作原理与半导体激光器类似：受激辐射.（因此结构相似）
不同点：LD 中激发受激辐射的光子产生于自发辐射，放大的自发辐射；SOA 中激发的光子是外界的输入信号，放大光信号；LD 中端面反射率越高，越容易激射（镀增反膜）；SOA 中镀增透膜。 必须降低来自端面的反馈，使SOA 的反射率<0.1%。
②增益纹波：直腔的端面反射率需要控制在10－6量级，目前普遍采用斜腔＋镀膜。
噪声指数：噪声指数与输入端耦合效率相关，因此降低输入端耦合效率。
偏振相关性:△
1 可以做成方形，亚微米级宽有源区 △
2应变量子阱SOA △
3张应变量子阱中应用适当条件使偏振不相关 △
4张应变体材料，引入比较小的张应变 增益线性：△
1放大外界光信号与内部激射光对载流子消耗（受激辐射）的竞争 △
2集成的垂直腔激光器对放大器的增益进行钳制
10．掺铒光纤放大器的工作原理、结构图及性能完善。
① 掺铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤（长约10-30m ）和泵浦光源组成。其工作原理是：掺
铒光纤在泵浦光源（波长980nm 或1480nm ）的掺铒光纤放大器作用下产生受激辐射，而且所辐射的光随着输入光信号的变化而变化，这就相当于对输入光信号进行了放大。 ② 前向泵浦方式
增益介质倾斜有助于降低反馈
透明介质（降低反馈）
防反射涂层（增透膜）
后向泵浦方式
双向泵浦方式
③增益平坦：? 被动均衡
△1提前将输入信号均衡
△2添加杂质，如氟化物
△3宽带滤波器
△4混合泵浦
主动均衡声光可调谐滤波器(AOTF)
增益瞬态：光学调幅补偿
控制信道方法
增益带宽拓宽：平行式EDFA
极宽EDFA
掺铒碲基EDFA
11．喇曼光纤放大器的工作原理及主要特点
受激拉曼散射SRS产生原理：SRS时光信号与非线性介质相互作用的过程，其结果使得频率较高的泵浦波光功率转移到频率较低的斯托克斯波信号中，从而造成高频信号的衰减和低频信号的放大。强泵浦光和弱信号光同时在一根光纤中传输，并且弱信号光的波长在泵浦光的拉曼增益带宽内，则强泵浦光的能量通过受激拉曼散射耦合到光纤硅材料的振荡模中，然后又以较长的波长发射，该波长就是信号光的波长，从而使得弱信号光得到放大，获得拉曼增益。
特点：可提供增益范围很宽，可用通信线路作为增益介质，噪声指数最小，噪声特性好，耦合效率高，但需要泵浦功率太大，要实现较宽范围的增益平坦，需要不同波长的多泵浦。（可以作为分布式光放大）
受激喇曼散射是入射光与分子振动之间的非线性参量相互作用引起的，这个过程将泵浦光转化为频率较低的Stokes散射光和分子振动能，于是短波长的光会将能量向长波长转移，当泵浦光超过阈值时，就会产生受激喇曼散射并将光信号放大。
在喇曼光纤放大器中，增益谱具有明显的阈值特性，并且需要很高的泵浦光功率。喇曼光纤放大器可以获得很高的增益，并且有可能使光脉冲得到压缩。另外，喇曼增益谱相当宽，可以放
大从12701670nm nm 波长的光信号，由于自发喇曼散射放大很小，我们可以得到很低噪声指数（NF ）的喇曼放大器。但是，喇曼放大器会有比较严重的串扰(串话噪声（泵浦信号上的强度噪声，信号对泵浦光的耗尽作用引起泵浦光的波动进而引起信号光功率波动）)，（很快的响应时间？），并且高的泵浦功率会提高放大器的成本。
12．光纤中色散对传输脉冲的影响，如何克服色散的影响？
光纤色散导致光脉冲的变形，是系统传输性能降低，其具体过程包括多种因素：光源线宽；光源啁啾；信号谱宽；光纤非线性等等。光源的相位噪声在传输过程中通过色散效应转化为强度噪声。它使接收机处眼图的‘眼皮’变厚，误码率上升
降低光纤色散效应的方法：
①色散位移光纤(ITU －T G .653)： 1550nm 附近D=0。不能采用WDM 技术(强FWM)。可将工作波长移至1600nm(L-band EDFA)附近，此时D~5ps/km/nm
②非零色散位移光纤(ITU －T G .655)。λ0在EDFA 工作波段(1530~1570nm)之外，而在该工作波段内的色散|D|=2~6ps/km/nm 。用于N ×10Gb/s 下的长距离传输。实际上D>0的G .655光纤更常用，因其损耗易做小，且可同时适用于C-波段和L-波段。
③传输光纤+色散补偿光纤/元件；散补偿光纤(DCF):
– D=-(80~150) ps/km/nm @1.55μm 。
– 体积大，损耗大(~0.5dB/km)，非线性强。
– 宽带补偿：D 和S 均<0，且与传输光纤具有相同的相对色散斜率κ = S/D 。非线性更强。 ④光纤光栅，利用啁啾光纤光栅实现。
⑤高阶模(LP02)光纤– 同时补偿D 和S 。利用高阶模式（LP11，LP02，LP21等）在接近截至时产生的很大的负色散进行色散补偿。
⑥ VIPA(virtually imaged phase array)可调谐、逐信道精密补偿、插损小、无非线性和PMD 。 ⑦多信道动态色散管理（补偿）包括色散的补偿和色散斜率等综合色散管理。
⑧光孤子传输（非线性）
⑨中途谱反转（非线性）：光相位共轭，谱的完全反转；HNLF ，PPLN ，SOA 中的FWM 效应或者差频效应； 可以补偿二阶、三阶和高阶色散。
13、啁啾是如何产生的？并说明啁啾对光信息传输的影响？
光源啁啾是指由光发射机发出的光脉冲，在脉冲前后沿期间内由于调制产生频率变化，使信号频谱展宽，并用啁啾系数(亦称线宽展宽因子) α 描述。
啁啾引起的频率变化在脉冲前后沿相反。如在脉冲前、后沿分别发生蓝移和红移(相当于α>0)，则当光纤色散系数D>0 时，与脉冲的平顶部分相比，前沿的群速更快而后沿的群速更慢，它将使脉冲波形展宽(应该避免)；若α 和D 反号(兰移/红移顺序相反或光纤D<0，将使脉冲波形有所‘压窄’(可以利用)。
直接调制时α的典型值约1.5~7。采用G.652光纤时,色散限制的传输距离大体不超过100 公里。采用负色散光纤( 如MetroCor?)，传输距离可达300~400公里，用于成本要求严的城域网。
采用电吸收型调制器时,由调制器反射回激光器的光也会引起激光器的频率啁啾。此时的α比直接调制时小很多，典型值约0.2~1。
采用Mach-Zehnder 干涉仪型外调制器时，调制电压改变了光波导的折射率，造成相位调制，使输出光频发生啁啾。α 可≤0，大大改善系统性能。用于10Gb/s(G.655)。
激光器的工作频率在发光过程中会发生变化：Δν ?(α/4π)[ d/dtln P(t) +κP(t)]，
第一项为瞬态啁啾，第二项为绝热啁啾。
啁啾对脉冲波型的影响如下：
正色散光纤（D>0）负色散光纤（D<0）
瞬态啁啾前沿快，后沿慢，脉冲展宽前沿慢，后沿快，脉冲先压缩，后展宽
绝热啁啾前沿慢，后沿快，脉冲变形
（前沿压缩，后沿拖尾）前沿快，后沿快，脉冲变形（前沿展宽，后沿压缩）
14、喇曼效应与布里渊效应有何异同点？
SBS SRS 相同点都属于非弹性散射，产生斯托克斯光与反斯托克斯光，均表现出阈值特性
不同点
光子收到声学声子的散射光子受到振动分子的散射
Stokes光只能是背向散射Stokes光可以是前向/背向散射阈值低阈值高，比SBS高三个数量级频移10MHz左右频移10THz左右
需要窄带泵浦光可宽带泵浦
自发SBS与温度和应力有关，可用于温
度传感器与应力传感器
自发SRS只与温度有关，只能用
于温度传感
15. 何谓Bragg光纤光栅？如何改善其传输特性？
答：Bragg光纤光栅是指光纤纤芯折射率调制周期（即光栅周期）较短（~500nm），利用相向传输导模间耦合的反射光栅。
Bragg光纤光栅的传输特性的改变：
1）拓宽传输带宽：采用啁啾光纤光栅（光栅周期沿z轴改变）
2）消除旁瓣：采用变迹光纤光栅（折射率的调制沿z轴改变）
16 长周期光纤光栅的工作机理？如何实现可调谐？
答：长周期光纤光栅的周期是中心反射波长的数百或数千倍，利用导模与包层模之间的耦合，耦合到包层的光波将被损耗掉，从而实现滤波功能，是一种透射光栅。
长周期光纤光栅透射谱的可调谐性：
改变包层外介质的折射率、改变包层的直径。
17.举例说明，如何实现梳状滤波器？
梳状滤波器可以通过以下途径实现：取样光纤光栅（《光器件》P43-45）、FP腔（《光源》P49-51）、微环谐振腔（类似FP腔）、AWG（《光器件》P88）、MZI（《光器件》P81）等。以FP腔实现梳状滤波器为例，光波要实现在FP腔中的谐振，需要满足腔长是光波长的整数倍，这样就可以对每个特定腔长的FP腔选择出若干个特定频率的光，在频谱上即实现了梳状滤波。
18.啁啾光纤光栅和光子晶体光纤如何实现色散补偿？
光子晶体光纤实现色散补偿：《光子晶体光纤》部分P19，设计合适的色散曲线，通过改变通气孔的参数，选择色散曲线的斜率和零色散波长，以获得色散补偿。
啁啾光纤光栅实现色散补偿：《光器件》部分P46，啁啾光纤光栅的折射率沿着长度发生周期性变化，因此可以在光栅的不同位置反射不同波长的光。光在光线中传输由于色散而展宽，其中某些波长传的快，某些波长传的慢；在啁啾光纤光栅中通过折射率的改变，使传播慢的光先被反射，传播快的光后被反射，通过这样产生的光程差补偿了色散。
19、四波混频效应是如何产生的？有哪些主要应用？PPT讲稿5的第89页
答：光纤介质三阶极化实部作用产生的一种光波间耦合效应，是因不同波长的两三个光波相互作用而导致在其它波长上产生所谓混频产物，或边带的新光波，这种互作用可能发生于多信道系统的信号之间，可以产生三倍频、和频、差频等多种参量效应。WDM系统中信道间的相互作用产生新的频率，当其落入已有的信道带宽内时造成强度起伏引入信道间的相互串扰。其主要应用有：（1）全光波长转换：将信号光的信息转移到闲频光
（2）产生相位共轭波
20、交叉相位调制是如何产生的？有哪些主要应用？PPT讲稿5的第75页
答：WDM系统中，任一波长信号的相位受到其他波长信号强度起伏的影响，光纤色散再把这种相位调制转化为强度起伏，从而对系统的性能产生影响。
其主要应用有：
（1）SOA中的XPM可用于全光逻辑门（全光XOR门等）
（2）光开关
（3）全光波长转换
21．光子晶体能用于通信吗？量子点或者量子阱材料能用于通信吗？两者有什么区别？
光子晶体就是人为地让材料的折射率周期变化，比如DFB，然后就像半导体那样，拥有晶格结构，产生能带。所以只有特定频率的光可以落在带隙里面，所以可以只让特定频率的光禁止传播，能够做成波导结构，所以能够用于通信。
量子点和量子点材料可以用于通信，区别是量子点和量子阱都是半导体材料，其周期性体现在原子或者分子的空间排列。
22．何谓光子晶体材料，有何特点？
光子晶体材料的特点:
具有一定的光学禁带，对于某些波长是不能够投射过光子晶体的；
折射率在空间排列的周期是波长量级；
光子晶体材料对工作波段的光吸收很小。
23．举例说明一维光子晶体波导，并说明其主要应用。
光子晶体是折射率在空间周期性变化，存在一定光学能带间隙电介质结构。其特点是：1.具有一定的光学禁带，对于某些波长是不能透射过光子晶体的；2.折射率在空间排列的周期是波长数量级；3.光子晶体材料对工作波长的光吸收很小。
布拉格光栅是一维光子晶体，它是在一维方向上折射率具有周期性变化的光波导结构。光通信中普遍采用布拉格光纤光栅，其基本的作用是高效地反射特定波长，并使其它波长的光能以很低的损耗通过。布拉格光纤光栅主要用于以下方面：1.滤波器（窄带带阻、宽带带阻、梳状带阻、窄带带通）；2.色散补偿器；3.光纤激光器中的选频器；4.光放大器中的增益平坦滤波器；5.在WDM 中与环行器组成的复用器和解复用器。
24.光子晶体光纤有哪两种主要结构？各自有何特征？
分为介质引导型和光子晶格带隙引导型这两种。
介质引导型光子晶体光纤中心被介质填充满，使得中心的折射率比包层中的高，可实现全反射。这样的光纤可以实现大的折射率差，从而增强对光的束缚，弯曲损耗小。
光子晶体带隙引导型光纤的中心是空的，即中间折射率比边缘的要低。通过模式色散关系可知：只有特定的模式才能在其中稳定地传播。
25.什么是微环谐振腔？有何特征？如何应用？（讲稿11-5、9、10）
答：微环谐振腔是由微环和信道直波导两部分组成的。按信道波导与微环波导的相对位置，可分为平行耦合和垂直耦合两种类型。
特征：小尺寸，这样许多器件可在同一芯片上集成，使全光信号处理成为可能，同时可形成超大规模集成电路光子；在功能上F--P谐振腔相似，但不需任何芯片方面的要求，不需用循环器将反射信号和输入信号分离；不需要激子材料。另具有波长选择性，高的品质因数等。
应用：光学滤波器的下降通道；光学上传/下载多路复合器；开关；路由器；逻辑门；激光器和放大器。微环谐振器具有波长选择特性，且波长的选择性高度依赖于微环的各项技术指标，如微环半径、微环折射率等，利用该特性，我们可以设计基于微环谐振器的滤波器和波分复用器件，通过调节半径、折射率等参数，实现对特定波长的上传和下载功能。由于微环具有很高的品质因子，可以用来制作高性能的激光器，实现低阈值的激光激射。由于微环的谐振波长对微环折射率具有高度依赖性，我们可以通过利用电光、声光、热光等效应改变微环折射率的方法使谐振波长发生漂移，从而对特定输入波长的光信号进行调制。
26.如何实现光波相位共轭，相位共轭在光信息传输中有何应用？（讲稿5-115、讲稿8-6）
答：可采用四波混频实现相位共轭，通过输入的泵浦光和信号光的相互作用，可以产生出于信号光共轭的闲频光，从而实现了相位共轭。
应用：用于相位控制的信号处理、信号的中途谱反转。通过中途谱反转（非线性）能够克服色散展宽，从而提高通信速率。
27、实现全光放大的方法有哪些？各自有何特点？
光纤放大器主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）、光纤拉曼放大器（FRA）和光纤参量放大器（FPA）。
EDFA
优点：应用广泛的C波段EDFA通常工作在1530~1565nm光纤损耗最低的窗口，具有输出功率大、增益高、与偏振无关、噪声指数低、放大特性与系统比特率和数据格式无关，且同时放大多路波长信号等一系列的特性，在长途光通信系统中得到了广泛的应用。
缺点：C-Band EDFA的增益带宽只有35nm，仅覆盖石英单模光纤低损耗窗口的一部分，制约了光纤固有能够容纳的波长信道数；动态增益均衡需要考虑。
SOA
优点：直接电注入，电光效率高，体积小，便于集成（大规模阵列），增益带宽宽，可适合工作波长范围（1200-1700nm），载流子恢复时间快，动态特性好，便于光信号处理。
缺点：噪声指数相对较大、功率较小、对串扰和偏振敏感、与光纤耦合时损耗大，工作稳定性较差，端面剩余反射引起有增益纹波等缺陷。
RA
优点：（1）增益介质为普通传输光纤，与光纤系统具有良好的兼容性；（2）增益波长由泵浦光波长决定，不受其它因素的限制，理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号光；（3）增益高、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度稳定性好。
缺点：需要特大功率的泵浦激光器，要实现较宽范围的增益平坦，需要不同波长的多泵浦。FPA
优点：可获得极大增益，适合分立式放大，工作在量子噪声压缩状态，可获得0dB噪声指数；飞秒量级响应时间，适合做超快信号处理；
缺点：容易饱和
(贾法雷版)
26、如何实现光波的相位共轭？相位共轭在光信息传输中有何应用？
答：光波相位共轭的实现方式有，四波混频，受激布里渊散射，其他的非线性效应如二波混频，三波混频，受激拉曼散射，光子回波，双光子吸收等等，最常用的是四波混频，受激布里渊散射。在光信息传输中的作用有：对于多模光纤传输的脉冲信号，由于模色散而造成脉冲展宽，可以利用位相共轭波的再次同类或同一光纤时得到补偿而重新获得窄脉冲。在光纤用作图像传输时，也可以利用类似原理改善由于模色散造成的图像模糊，其次，利用二波混频中的能量转移效应对输出光束进行调制，也是实现光通信中载波信号的一种新方法，位相光纤陀螺也是一种新运用，使用位相共轭还可以实现光学逻辑运算。
27、实现全光放大的方法有哪些？各自有何特点？
讲稿7 第67页
全光放大特点
SOA 直接电注入，光电效率高，体积小，增益带宽宽，便于集成，非线性机理可在光电信号处理中广泛应用，但噪声指数相对较大，用作放大时交叉增
益调制现象比较严重。
EDFA 光纤型器件便于与光通信线路连接，高增益和高输出功率，广泛商用化，但增益带宽较窄，宽波段还不能商用化，动态增益均衡需要考虑。
RA 可提供增益范围很宽，可用通信线路作为增益介质，噪声指数最小，但需要泵浦功率太大，要实现较宽范围的增益平坦，需要不同波长的多泵浦。
FPA 可获得极大增益，适合分立式放大，工作在量子噪声压缩状态，可获得0dB 噪声指数；容易饱和，飞秒量级响应时间，适合做超快信号处理。
28. 举例说明，如何实现相位调制信号信息处理？
①相位调制信号产生。a直接调制b 间接调制：电光相位调制，定向耦合器
②波长转换。比如采用四波混频非线性效应等。
③调制格式转换。比如，转换为强度调制信号可采用MZ干涉仪等。
④检测接收。比如，采用与本振光混频的技术等。
29．为何在微环谐振腔中要采用相对折射率差大的光波导？
①更好地将光束限制在波导中传输
②增强其模场限制以降低弯曲损耗
③利于减小微环的尺寸以实现更大规模的利用微环作为信号处理元件的光学集成
30．如何实现带宽小于0.1nm窄带滤波器？
①多个微环滤波器级联
②相移光纤光栅
③光子晶体
④多层绝缘介质薄膜滤波器
31、光孤子有哪些特点？如何来控制光孤子？
特点：
当色散与非线性效应平衡时，产生一阶光孤子，它的波形能无畸变的在光纤中传播；当非线性效
应占优势时，产生高阶光孤子，它在光纤中传输的脉冲形状将发生连续变化，首先压缩变窄，然后又展宽分裂，最后在传输了一个特定距离后脉冲复原，如此周期性的变化。总的说来，就是光孤子可以在光纤中远距离的传输，而保持形状不变。
如何控制：
损耗控制：当在光纤中传输时，损耗是不可避免的，所以控制好光孤子的补偿是至关重要的，因为当振幅成指数衰减时，脉宽会成指数增加。当给予合适的光功率补偿时，可以使得光纤中存在稳定的一阶光孤子。
通过引入滤波器实现频率控制：减少ASE噪声，减少时间抖动；
引入中途或者周期的强度调制：可以减小噪声，降低时间抖动；
终端或者中途插入色散补偿：减小抖动，降低噪声
32、拉曼放大和布里渊放大的异同。
拉曼放大器有很宽的带宽（约达到40THz），能对1270nm到1670nm的任何信号光进行放大，能利用任意的光纤作为其增益介质，由于其ase比较小所以其噪声系数很小。但是其需要很高的泵浦功率，为了达到宽范围的的增益平坦需要多个泵浦波长进行泵浦，其是利用前向stocks光。起作用的是光频声子。
布里渊放大器的带宽很窄（不到100MHz），泵浦功率要求低，由于后向的stocks反射光产生的，其阈值泵浦功率和泵浦波的谱宽有关，其需要cw泵浦，或者是相对较宽的脉冲泵浦（大于1us），但是当脉宽小于10ns时，则基本不会产生放大。其起作用的是声频声子。
33、什么是Gorden- -harss效应，它对光孤子的影响是什么？
由于在传输链路中为了补偿光功率的损耗，会引入光放大器edfa，当光放大器引入的同时不仅使得脉冲的能量恢复了初始值嗨引入了自发辐射（ASE）噪声，当噪声场加入孤子场时，部分噪声并入到孤子中，从而引起孤子载频的随机抖动，在色散光纤中，脉冲的随机抖动转化为群速度的随机抖动，从而导致脉冲到达的时间的不确定性，若脉冲不能在指定的时间带隙内到达，将会产生误码，这一效应被称为Gorden- -harss效应。
它将会影响孤子光通信额容量和通信距离。
34、光栅中啁啾与变迹的区别与联系？
答：啁啾光纤光栅（光栅周期沿z轴改变）作用：拓宽传输带宽
变迹光纤光栅（折射率的调制沿z轴改变）作用：消除旁瓣
联系：改变Bragg光纤光栅的传输特性的
35、EDFA泵浦光波长的选择？
答：514nm、532nm：氩离子气体激光作为泵浦激光，体积庞大；
? 667nm：可由半导体激光器产生，但在掺铒光纤激光器中多模传输，泵浦
效率不高；
? 800nm：可由半导体激光器产生，但会产生激发态吸收，基态的粒子泵浦
到激发态后，不是弛豫到亚稳态，而是在吸收泵浦光后，向更高的能级
跃迁，消耗泵浦光功率。
? 980nm：铒离子相当于三能级系统完全的粒子数反转，噪声特性好，但泵
浦效率不高；
? 1480nm：铒离子相当于二能级系统完全的粒子数反转，泵浦效率高，但
噪声特性也变差。
36、光子晶体和半导体间的异同。
光子晶体是折射率在空间周期性变化，存在一定光学能带间隙的介质结构
特点：
●具有一定的光学禁带，对于某些波长是不能透射过光
子晶体的
●折射率在空间排列的周期是波长量级
●光子晶体的材料对工作波段的光的吸收很小
半导体是材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降。
特点：
●晶体材料内部原子呈周期性排列，以至于其势能也具有周期性。
●晶体中的能级氛围价带和导带，价带和导带之间存在带隙。
37、三维光子晶体的制备方法，举一例具体说明。（PPT讲稿9的第19~82页）
三维光子晶体的制备方法有以下几种：电子束曝光-逐层平板印刷法，X射线相干曝光法，木料堆积法，微操作堆叠法，双光子印刷术，单光子全息成像曝光法，胶质沉积法，块状共聚物法，角度扫视沉积法，自克隆沉积法，溅射法，自组装法等。
例如，采用木料堆积法实现三维光子晶体制备：首先采用电子束曝光和材料沉积生长的方法，在衬底上生成第一层的条形棒状波导阵列，再使用同样的方法生成同样的条形棒状结构，将其翻转并水平旋转90°，使其条形棒与第一层的条形棒相互正交，覆盖在第一层条形棒上，通过融合技术使第二层条形棒与第一层键合在一起，再将第二层的衬底腐蚀溶解，这样就形成了两层的周期性结构，再通过同样的方法进行堆积，就可获得多层的周期性结构。
38、光子晶体波导的导波特性，有哪些优越性？（PPT讲稿9的第85~95页）
光子晶体的导波特性与传统的介质波导的导波特性有本质的区别：不同于介质光波导采用全反射型导波或折射型导波，光子晶体是利用光子禁带的局域态导波，即布拉格型导波。
优越性：
①对于普通型波导，由于在弯曲部分存在弯曲损耗，因而波导的弯曲半径需要满足一定的条件，但是对于光子晶体型波导，波导的弯曲损耗是非常小的。
②光子晶体波导可以缩小集成波导器件的尺寸，实现超小型PLC，如分路器，耦合器等。
③光子晶体缺陷态可对光子进行俘获与释放。与半导体中的缺陷俘获电子或空穴的能力一样，光子晶体中的缺陷也具有俘获光子的能力，俘获光子的能量与缺陷的大小有关，因而可以利用这一特性，在直波导附近引入不同大小的缺陷，制备出面发射型上下路器。
④可以制作高Q值和大自发辐射因子的光子晶体微腔，使得无阈值激光器的制备成为可
能。
⑤光子晶体可以获得大群折射率和群色散。
⑥光子晶体中存在负折射率现象
⑦光子晶体的非线性光学效应
⑧光子晶体更利于集成光学回路的制备
39、啁啾出现在哪些光电子器件中？对器件性能有何影响？
该题目的解答与第13题基本重复，这里仅补充几点：
①激光器
激光器中若注入的punp电流或偏执电流发生变化，就会导致频率啁啾，如直接调制的激光器；同时若激光器的温度发生变化，或是激光器的核心元件受到应力或是振动的影响，也会产生频率啁啾；这将导致激光器输出的不再是单一频率而是有一定线宽的光波。
②调制器
所有调制器中，只要是通过改变波导折射率来实现光波调制的器件，在实际情况中都会引入一定的频率啁啾，如MZM、EAM等。这将给所调制的光中引入一定的频率分量，如果该频率分量不是系统设计中所需要的，将会导致调制器输出的信号质量降低。
③SOA
由于SOA的增益饱和效应，对脉冲的不同部分，SOA所产生的增益不同，因此会产生一个与时间相关的相移和频率啁啾，将会导致所放大脉冲的展宽并有可能导致多个峰的出现。
④导中的SPM
如光纤中的SPM将会导致脉冲啁啾，从而产生新的频率分量，其与色散相互作用可能会导致脉冲的变形。但是若能合理地选择合适的脉冲形状和光纤的色散参数，反而能实现脉冲形状不变或是周期性变化的光孤子传输。
40、什么是全光波长转换，举例说明实现全光波长转换的方法。
目前实现全光波长转换主要有两种技术，一是基于光混频的波长转换，二是基于半导体光放大器（SOA）的波长转换，这两种技术均诞生于十年前。前者利用非线性介质实现波长转换，具有低噪声、高速率、低损耗等优点，但要求介质具有较高的非线性，并且器件体积较为庞大。相比之下，基于SOA的波长转换器结构紧凑、易于集成，但噪声较大，并且实现高速运行需要特殊设计。而在SOA中实现基于光混频的波长转换，可以将这两种技术有机地结合起来。
在今年的CLEO会议上，德国柏林Heinrich Hertz研究院的研究人员Bernd Huettl和他的同事报道了速率达320Gbit/s的波长转换，输入信号光和泵浦光波长分别为1546.5nm和1540.5nm，非线性介质为93mm周期极化铌酸锂波导。整个波长转换分为两个过程：泵浦光倍频产生二次谐波，二次谐波与信号光差频产生波长为1534.5nm的输出信号。该研究小组同时还报道了320Gbit/s差分四相移键控信号和160Gbit/s差分相移键控信号的波长转换。
在此次CLEO会议上，丹麦技术大学研究人员Michael Galili和他的同事报道了高非线性光纤中基于交叉相位调制的速率达320Gbit/s的波长转换。他们先将1544nm的连续光和1557nm的信号光耦合到非线性光纤的一端，反向传输的拉曼泵浦光通过拉曼增益提高波长转换效率（见图），信号光通过200m高非线性光纤的功率损失只有0.2dB。
1、电子与光子有哪些差别？光子有哪些显著的特征？
2、为什么说光波是理想的信息载体，光纤是理想光信息传输介质？
3、描述半导体激光器激光产生的过程。半导体激光器的材料应如何选择？
4、要实现高效的半导体激光器，应如何设计其结构？
5、实现可调谐半导体激光器，主要有哪些方法？各自特点如何？
6、直接调制与外调制的主要特征
7．LiNbO3－MZ强度调制与电吸收调制的主要工作原理。
8.光纤中有哪些非线性效应？他们是如何产生的？并说明他们是如何影响光信息的传输的？
9. 半导体光放大器的基本结构及如何改善其工作性能?
10．掺铒光纤放大器的工作原理、结构图及性能完善。
11．喇曼光纤放大器的工作原理及主要特点
12．光纤中色散对传输脉冲的影响，如何克服色散的影响？
13、啁啾是如何产生的？并说明啁啾对光信息传输的影响？
14、喇曼效应与布里渊效应有何异同点？
15. 何谓Bragg光纤光栅？如何改善其传输特性？
16 长周期光纤光栅的工作机理？如何实现可调谐？
17. 举例说明，如何实现梳状滤波器？
18.啁啾光纤光栅和光子晶体光纤如何实现色散补偿？
19、四波混频效应是如何产生的？有哪些主要应用？PPT讲稿5的第89页
20、交叉相位调制是如何产生的？有哪些主要应用？PPT讲稿5的第75页
21．光子晶体能用于通信吗？量子点或者量子阱材料能用于通信吗？两者有什么区别？
22．何谓光子晶体材料，有何特点？
23．举例说明一维光子晶体波导，并说明其主要应用。
24.光子晶体光纤有哪两种主要结构？各自有何特征？
25.什么是微环谐振腔？有何特征？如何应用？（讲稿11-5、9、10）
26.如何实现光波相位共轭，相位共轭在光信息传输中有何应用？（讲稿5-115、讲稿8-6）
27、实现全光放大的方法有哪些？各自有何特点？
28. 举例说明，如何实现相位调制信号信息处理？
29．为何在微环谐振腔中要采用相对折射率差大的光波导？
30．如何实现带宽小于0.1nm窄带滤波器？
31、光孤子有哪些特点？如何来控制光孤子？
32、拉曼放大和布里渊放大的异同
33、什么是Gorden- -harss效应，它对光孤子的影响是什么？
34、光栅中啁啾与变迹的区别与联系？
35、EDFA泵浦光波长的选择？
36、光子晶体和半导体间的异同。
37、三维光子晶体的制备方法，举一例具体说明。（PPT讲稿9的第19~82页）
38、光子晶体波导的导波特性，有哪些优越性？（PPT讲稿9的第85~95页）
39、啁啾出现在哪些光电子器件中？对器件性能有何影响？
40、什么是全光波长转换，举例说明实现全光波长转换的方法。
41、对各种特性曲线的解释。（掺铒光纤放大器增益与掺铒光纤长度的关系。讲稿8-50）
信息论编码》模拟试题一及参考答案
模拟试题一 一、概念简答题（共10题，每题5分） 1.简述离散信源和连续信源的最大熵定理。 2.什么是平均自信息（信息熵）？什么是平均互信息？比较一下两个概念的异同之处。 3.解释等长信源编码定理和无失真变长信源编码定理，说明对于等长码和变长码，最佳码的每符号平均码长最小为多少？编码效率最高可达多少？ 4.解释最小错误概率译码准则，最大似然译码准则和最小距离译码准则，说明三者的关系。 5.设某二元码字C={111000，001011，010110，101110}， ①假设码字等概率分布，计算此码的编码效率？ ②采用最小距离译码准则，当接收序列为110110时，应译成什么码字？ 6.一平稳二元信源，它在任意时间，不论以前发出过什么符号，都按 发出符号，求
和平均符号熵 7.分别说明信源的概率分布和信道转移概率对平均互信息的影响，说明平均互信息与信道容量的关系。 8.二元无记忆信源，有求： （1）某一信源序列由100个二元符号组成，其中有m个“1”，求其自信息量？
（2）求100个符号构成的信源序列的熵。 9.求以下三个信道的信道容量： ， ，10.已知一（3，1，3）卷积码编码器，输入输出关系为：
试给出其编码原理框图。 二、综合题（共5题，每题10分） 1.二元平稳马氏链，已知P（0/0）=0.9，P（1/1）=0.8，求： （1）求该马氏信源的符号熵。 （2）每三个符号合成一个来编二进制Huffman码,试建立新信源的模型，给出编码结果。 （3）求每符号对应的平均码长和编码效率。 2.设有一离散信道，其信道矩阵为，求：（1）最佳概率分布？
光电子技术安毓英习题答案
光电子技术安毓英习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ΩΦd d e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ l 0 S R c L e A s A c l 0 s c 第1.2题图
信息论基础》试卷(期末A卷
《信息论基础》答案 一、填空题（本大题共10小空，每小空1分，共20分） 1.按信源发出符号所对应的随机变量之间的无统计依赖关系，可将离散信源分为有记忆信源和无记忆信源两大类。 2.一个八进制信源的最大熵为3bit/符号 3.有一信源X ，其概率分布为1 23x x x X 1 11P 244?? ?? ? =?? ????? ，其信源剩余度为94.64%；若对该信源进行十次扩展，则每十个符号的平均信息量是 15bit 。 4.若一连续消息通过放大器，该放大器输出的最大瞬间电压为b ，最小瞬时电压为a 。若消息从放大器中输出，则该信源的绝对熵是∞；其能在每个自由度熵的最大熵是log （b-a ）bit/自由度；若放大器的最高频率为F ，则单位时间内输出的最大信息量是 2Flog （b-a ）bit/s. 5. 若某一 信源X ，其平均功率受限为16w ，其概率密度函数是高斯分布时，差熵的最大值为 1 log32e 2 π；与其熵相等的非高斯分布信源的功率为16w ≥ 6、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。 7、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵（或H(S)/logr= H r (S)）。 8、当R=C 或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。 9、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。 10、在下面空格中选择填入数学符号“,,,=≥≤?”或“?” （1）当X 和Y 相互独立时，H （XY ）=H(X)+H(X/Y)。 （2）假设信道输入用X 表示，信道输出用Y 表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)> 0, H(Y/X)=0,I(X;Y) 第一章 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0 的夹角为?s ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若?c 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为： 2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对 的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 M=常数4T ?。这一关系式称斯特藩-波耳兹曼定律，其中常数为5.67?10-8W/m 2K 4 解答：教材P9，对公式2 1 5 1 ()1 e C T C M T e λλλ= -进行积分即可证明。 第二章 3．对于3m 晶体LiNbO3，试求外场分别加在x,y 和z 轴方向的感应主折射率及相应的相位延迟（这里只求外场加在x 方向上） 解：铌酸锂晶体是负单轴晶体，即n x =n y =n 0、n z ＝n e 。它所属的三方晶系3m 点群电光系数有四个，即γ22、γ13、γ33、γ51。电光系数矩阵为： 第1.2题图 2008-2009学年度第二学期 华中科技大学《C++语言程序设计》试卷（A） （考试时间：150分钟考试方式：闭卷） 所有答案必须写在答题纸上 一、单项选择题 (30小题，每小题1分，共30分) 1、C++程序中的语句必须以( B )结束 A 冒号 B 分号 C 空格 D 花括号 2、下列选项中，( A )不是分隔符 A 标识符 B ； C ： D ( ) 3、执行语句 int a = 10, b ; int & pa = a , & pb =b ; 后，下列正确的语句是（ B） A &pb = a; B pb = pa; C &pb = &pa; D *pb = *pa; 4、设I=1,J=2，则表达式 I++ +J的值为（ C ） Ａ１Ｂ２Ｃ３Ｄ４ 5、执行下列语句后， int x , y ; x = y = 1 ; ++x || ++y ; y的值是（ C） Ａ不确定Ｂ０Ｃ１Ｄ２ 6、逗号表达式 (x = 4 * 5 , x * 5 ), x + 25 的值为（ D ） A 25 B 20 C 100 D 45 7、已知int i, x, y;在下列选项中错误的是（C） A if ( x && y ) i ++; B if ( x == y) i ――; C if ( xy ) i ――; D if ( x + y ) i++; 8、i=2，执行下列语句后的值为（ B ） switch ( i ) { case 1: i++; case 2: i――; case 3: ++i; break; case 4: ――i; default : i++; } A 1 B 2 C 3 D 4 9、已知int i = 3；下面do _ while语句执行时循环次数为（B） do { i-- ; cout < 一、设X 、Y 就是两个相互统计独立的二元随机变量,其取-1或1的概率相等。定义另一个二元随机变量Z,取Z=YX(一般乘积)。试计算: 1、H(Y)、H(Z); 2、H(YZ); 3、I(X;Y)、I(Y;Z); 二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵 1. 绘制状态转移图; 2、 求该马尔科夫信源的稳态分布; 3、 求极限熵 ; 三、在干扰离散对称信道上传输符号1与0,已知P(0)=1/4,P(1)=3/4,试求: 1. 信道转移概率矩阵P 2、信道疑义度 3、信道容量以及其输入概率分布 四、某信道的转移矩阵?? ????=1.006.03.001.03.06.0P ,求信道容量,最佳输入概率分布。 五、求下列各离散信道的容量(其条件概率P(Y/X)如下 :) 六、求以下各信道矩阵代表的信道的容量 答案 一、设X 、Y 就是两个相互统计独立的二元随机变量,其取-1或1的概率相等。定义另一个二元随机变量Z,取Z=YX(一般乘积)。试计算: 1、H(Y)、H(Z); 2、H(XY)、H(YZ); 3、I(X;Y)、I(Y;Z); 解:1、 2 i 11111H Y P y logP y log log 2222i i =??=-+????∑（）=-（）（）=1bit/符号 Z=YX 而且X 与Y 相互独立 ∴ 1(1)(1)(1)P P X P Y P X ?=+=-?=-（Z =1）=P(Y=1)= 1111122222 ?+?= 2(1)(1)(1)P P X P Y P X ?=-+=-?=（Z =-1）=P(Y=1)= 1111122222 ?+?= 故H(Z)= i 2i 1(z )log (z )i P P =- ∑=1bit/符号 2、从上式可以瞧出:Y 与X 的联合概率分布为: 3.在未加偏置电压的条件下，由于截流子的扩散运动，p 区和n 区之间的pn 结附近会形成没有电子和空穴分布的耗尽区。在pn 结附近，由于没有电子和空穴，无法通过电子-空穴对的复合产生光辐射。加上正向偏置电压，驱动电流通过器件时，p 区空穴向n 区扩散，在pn 结附近形成电子和空穴同时存在的区域。电子和空穴在该区通过辐射复合，并辐射能量约为Eg 的光子，复合掉的电子和空穴由外电路产生的电流补充。 5要满足以下条件a 满足粒子数反转条件，即半导体材料的导带与价带的准费米能级之差不小于禁带宽度即B.满足阈值条件，半导体由于粒子数产生的增益需要能够补偿工作物质的吸收、散射造成的损耗，以及谐振腔两个反射面上的透射、衍射等原因产生的损耗。即 第二章课后习题 1、工作物质、谐振腔、泵浦源 2、粒子数反转分布 5a.激光介质选择b.泵浦方式选择c 、冷却方式选择d 、腔结构的选择e 、模式的选择f 、整体结构的选择 第三章课后习题 10.要求：对正向入射光的插入损耗值越小越好，对反向反射光的隔离度值越大越好。原理：这种光隔离器是由起偏器与检偏器以及旋转在它们之间的法拉第旋转器组成。起偏器将输入光起偏在一定方向，当偏振光通过法拉第旋转器后其偏振方向将被旋转45度。检偏器偏振方向正好与起偏器成45度，因而由法拉第旋转器出射的光很容易通过它。当反射光回到隔离器时，首先经过起偏器的光是偏振方向与之一至的部分，随后这些这些光的偏振方向又被法拉第旋转器旋转45度，而且与入射光偏振方向的旋转在同一方向上，因而经过法拉第旋转器后的光其偏振方向与起偏器成90度，这样，反射光就被起偏器所隔离，而不能返回到入射光一端。 15.优点：A 、采用光纤耦合方向，其耦合效率高；纤芯走私小，使其易于达到高功率密度，这使得激光器具有低的阈值和高的转换效率。B 、可采用单模工作方式，输出光束质量高、线宽窄。C 、可具有高的比表面，因而散热好，只需简单风冷即可连续工作。D 、具有较多的可调参数，从而可获得宽的调谐范围和多种波长的选择。E 、光纤柔性好，从而使光辉器使用方便、灵巧。 由作为光增益介质的掺杂光纤、光学谐振腔、抽运光源及将抽运光耦合输入的光纤耦合器等组成。 原理:当泵浦激光束通过光纤中的稀土离子时，稀土离子吸收泵浦光，使稀土原子的电子激励到较高激发态能级，从而实现粒子数反转。反转后的粒子以辐射跃迁形式从高能级转移到基态。 g v c E F F 211ln 21R R L g g i th 国际经济学习题集 一、单项选择题 1、从十五世纪初到十八世纪中叶，在国际贸易和国际投资理论方面占主导地位的是( ) A、重商主义 B、重农主义 C、重金主义 D、自由放任主义 2、绝对技术差异论的提出者是( ) A、斯密 B、李嘉图 C、奥林 D、魁奈 3、消费者对差异产品的追求与现代化大生产追求规模经济相互矛盾，其解决途径是( ) A、国际投资 B、国际技术转让 C、国际融资 D、国际贸易 4、国际贸易不仅使商品价格均等化，还使生产要素价格均等化和要素技术密集度均等化。在诸种均等化中为主导力量的是( ) A、生产要素价格均等化 B、要素技术密集度均等化 C、商品价格均等化 D、工资率均等化 5、就国家整体而言，分配进口配额最好的方法是( ) A、竞争性拍卖 B、固定的受惠 C、资源使用申请程序 D、政府适时分配 6、当一国政府对某种产品征收进口关税时，若该产品的需求弹性大于供给弹性，生产者与消费者承担关税的程度是( ) A、前者大于后者 B、后者大于前者 C、两者相等 D、不确定 7、不是成熟的国际经济一体化组织的是( ) A、欧洲联盟 B、亚欧经济合作 C、美加自由贸易区 D、东南亚国家联盟 8、多数国际卡特尔组织难以长久存在的主要原因是它们难以( ) A、制定垄断价格 B、维持垄断价格 C、控制生产成本 D、控制销售成本 9、初级产品的出口价格若下降，其出口量将增加，出口总收入( ) A、不变 B、增加 C、下降 D、不确定 10、进口替代战略与出口鼓励战略的战略取向分别是( ) A、内向型-内向型 B、内向型-外向型 C、外向型-外向型 D、外向型-内向型 11、关税与贸易总协定的基本目标是( ) A、贸易适度保护 B、关税稳定 C、贸易自由化 D、贸易公平 12、在发展中国家利用外资的主要渠道中，不需要偿还的引资方式是( ) A、官方贷款 B、发行债券 C、银行贷款 D、外商直接投资 13、劳动力在各国间的流动使劳动力的移出国的不同利益集团均会受到影响，其中( ) A、劳动力需求方受损，而供给方获利 B、劳动力需求方受损，而供给方亦受损 C、劳动力需求方获利，而供给方受损 D、劳动力需求方获利，供给方亦获利 14、在下列投资方式中，属国际直接投资的是（） A、购买外国政府债券 B、购买外国企业债券 C、向外国企业提供商业贷款 D、在国外开设合资企业 15、下列贸易理论与规模经济无关的是（） A、产品差异理论 B、重叠需求理论 C、相互倾销理论 D、嗜好理论 16、赫克歇尔——俄林模型认为国际贸易的根本原因（） A、各国生产要素禀赋不同 B、各国劳动生产率不同 C、各国技术水平不同 D、各国产品技术含量不同 一、（11’）填空题 （1）1948年，美国数学家香农发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。 （2）必然事件的自信息是 0 。 （3）离散平稳无记忆信源X的N次扩展信源的熵等于离散信源X的熵的 N倍。 （4）对于离散无记忆信源，当信源熵有最大值时，满足条件为__信源符号等概分布_。 （5）若一离散无记忆信源的信源熵H（X）等于2.5，对信源进行等长的无失真二进制编码，则编码长度至少为 3 。 （6）对于香农编码、费诺编码和霍夫曼编码，编码方法惟一的是香农编码。（7）已知某线性分组码的最小汉明距离为3，那么这组码最多能检测出_2_______个码元错误，最多能纠正___1__个码元错误。 （8）设有一离散无记忆平稳信道，其信道容量为C，只要待传送的信息传输率R__小于___C（大于、小于或者等于），则存在一种编码，当输入序列长度n足够大，使译码错误概率任意小。（9）平均错误概率不仅与信道本身的统计特性有关，还与___译码规则____________和___编码方法___有关 三、（5'）居住在某地区的女孩中有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高1.6米以上的，而女孩中身高1.6米以上的占总数的一半。 假如我们得知“身高1.6米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？ 解：设A表示“大学生”这一事件，B表示“身高1.60以上”这一事件，则 P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 （2分） 故 p(A|B)=p(AB)/p(B)=p(A)p(B|A)/p(B)=0.75*0.25/0.5=0.375 （2分） I(A|B)=-log0.375=1.42bit （1分） 四、（5'）证明：平均互信息量同信息熵之间满足 I(X;Y)=H(X)+H(Y)-H(XY) 证明： 2009-2010学年第二学期末考试试题 信息论与编码理论 一、（共10分） 简述最大熵原理与最小鉴别信息原理,并说明两者之间的关系。 二、（共12分） 某一无记忆信源的符号集为{0, 1}，已知P(0) = 1/4，P(1) = 3/4。 1) 求符号的平均熵； 2) 有100个符号构成的序列，求某一特定序列（例如有m个“0”和（100 - m）个“1”）的自信息量的表达式； 3) 计算2)中序列的熵。 三、（共12分） 一阶马尔可夫信源的状态图如下图所示。信源X 的符号集为{0, 1, 2}。 1) 求平稳后信源的概率分布； 2) 求)(X H ； 3) 求上述一阶马尔可夫信源的冗余度。 P P 四、（共10分） 设离散型随机变量XYZ 的联合概率满足xyz ?)()()()(y z p x y p x p xyz p =。 求证：);();(Z Y X I Y X I ≥ 五、（共12分） 设有一离散无记忆信道，输入信号为321,,x x x ，输出为321,,y y y ，其信道转移矩阵为???? ??????=214141412141414121Q ，61)(,32)(21==x P x P 。 试分别按理想译码准则与最大似然译码准则确定译码规则，并计算相应的平均译码差错概率。 六、（共14分） 设有一离散信道，输入X ，输出Y ，其信道转移矩阵为?? ????7.01.02.02.01.07.0， 求：1）信道的信道容量及达到信道容量时的输入分布？ 2）当输入X 分布为7.0)(1=x P 3.0)(2=x P 时，求平均互信息);(Y X I 及信道疑义度)(X Y H 。 北京电影学院2013～2014学年第一学期课程考试 一、选择题（每小题1分，共10分） 1、一般圆柱齿轮传动的接触强度是按啮合时的情况进行计算的。 A. 单对齿啮合的最高点 B. 齿顶 C. 节点 D. 啮合的极限点 2、渐开线花键通常采用的定心方式是。 A.齿侧定心 B. 外径定心 C. 内径定心 D.齿形定心 3、将齿轮的轮齿做成鼓形齿是为了减小。 A. 载荷沿接触线分布不均匀 B. 动载荷 C. 冲击 D. 齿间载荷分配不均 4、普通螺纹中同一公称直径按分为粗牙螺纹和细牙螺纹。 A. 升角的大小 B. 旋向 C. 牙型角的大小 D. 螺距的大小 5、当键联接强度不足时可采用双键。使用两个平键时要求键布置。 A.在同—直线上 B.相隔900 C．相隔1200 D相隔1800 6、在普通圆柱蜗杆中只有的轴向压力角为标准值（20 ）。 A. 阿基米德蜗杆 B. 法向直廓蜗杆 C. 渐开线蜗杆 D. 锥面包络蜗杆 7、45号钢经调质处理，在常温下工作的轴，当计算表明其刚度不够时，应采取的正确措施是。 A. 改用合金钢 B. 改变表面粗糙度 C. 增大轴的直径 D. 提高轴的表面硬度 8、下面的联轴器中在工作时具有缓冲减振作用的联轴器是。 A. 刚性联轴器 B. 十字滑块联轴器 C. 齿式联轴器 D. 弹性柱销联轴器 9、在各种基本类型的向心滚动轴承中_____ 不能承受轴向载荷。 A. 调心球轴承 B. 圆柱滚子轴承 C. 调心滚子轴承 D. 深沟球轴承 10、一般转速、一般载荷工作的正常润滑的滚动轴承其主要失效形式是_ __。 A. 滚动体碎裂 B. 滚动体与滚道产生疲劳点蚀 C. 滚道磨损 D. 滚道压坏 二、判断题（每小题1分，共10分） （）1、型号为7210的滚动轴承，表示其类型为角接触球轴承。 （）2、滚动轴承的基本额定寿命是指可靠度为90%的轴承寿命。 （）3、公称接触角的深沟球轴承，只能承受纯径向载荷。 （）4、角接触球轴承的派生轴向力是由其支承的轴上的轴向载荷引起的。 （）5、滚动轴承的基本额定动载荷是指在载荷作用下轴承工作转时，90%轴承的不发生疲劳点蚀 （）6、滚动轴承内座圈与轴颈的配合，通常采用基轴制。 （）7、当载荷较大时，可选用滚子轴承，对轻、中载荷应选用球轴承。 （）8、滚动轴承的失效形式有下列三种：磨粒磨损，过度塑性变形、疲劳点蚀，其中最常见的一种是磨粒磨 信息论试卷题目及答案 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 中国海洋大学2008—2009学年第一学期 一、填空题（每空2分，共20分） 1、1948年，美国数学家 香农 发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。 2、信源编码的目的是提高通信的有效性。信道编码的最终目的是提高信号传输的可靠性。 3、离散平稳无记忆信源X 的N 次扩展信源的熵等于离散信源X 的熵的N 倍。 4、对于香农编码、费诺编码和哈夫曼编码，编码方法惟一的是香农编码。 5、信道输入与输出间的平均互信息是信道转移概率的 下凸 函数，是输入概率的 上凸 函数。 6、信道矩阵??????10002/12/1代表的信道的信道容量C=符号/1bit ，达到信道容量的条件是输入符号等概分布。 7、 设某二进制码｛00011，10110，01101，11000，10010，10001｝，则码的最小距离是2 ，假设码字等概分布，则该码的码率为 0.517比特/符号 ，这时若通过二元对称信道接收码字为01100和00110时，应译为01101 ， 10110 。。 二、判断题（每题2分，共10分） 1、必然事件和不可能事件的自信息量都是0 。（错） 2、最大后验概率准则与最大似然准则是等价的。（错） 3、如果信息传输速率大于信道容量，就不存在使传输差错率任意小的信道编码。（对） 4、连续信源和离散信源的熵都具有非负性。（错） 5、相同功率的噪声中，高斯噪声使信道容量最小。（对） 三、简答题（第1、2题各6分，第三题10分，共22分） 1、简述最大离散熵定理。对于一个有m 个符号的离散信源，其最大熵是什么？ 答：最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。 (3分) 最大熵值为 m H 2max log = (3分) 2、对于任意概率事件集X 、Y 、Z ，证明下述三角不等式成立()()()Z X H Z Y H Y X H ≥+ 证：因为)|()|(Y X H YZ X H ≤ ，(3分) 所以： ) |()|()|() |,() |()|()|()|(Z Y H XZ Y H Z Y H Z Y X I YZ X H Z X H Y X H Z X H ≤-==-≤-(3分) 于信源爛H(X). () 2.由于构成同一空间的基底不是唯一的，所以不同的基底或生成矩阵有可能生成同一码集. () 3.—般情况下，用变长编码得到的平均码长比定长编码 大得多. () 4.只要信息传输率大于信道容量，总存在一种信道编译 码，可以以所要求的任意小的误差概率实现可靠的通信 . () 5.务码字的长度符合克拉夫特不等式，是唯一可译码存在的充分和必要条件.() &连续信源和离散信源的爛都具有非负性. () 7.信源的消息通过信道传输后的误差或失真越大，信宿收到消息后对信源存在的不确 定性就越小，获得的信息戢就越小. 8.汉明码是一种线性分组码. () 9.率失真函数的最小值是0 . () 10.必然事件和不可能事件的自信息量都是0 . () 二、填空题共6小题，满分20分. 1 、码的检、纠错能力取决 于______________________________ . 2、___________________________________ 信源编码的目的是:信道编码 的目的是____________________ . 3、把信息组原封不动地搬到码字前k位的(仏灯码就叫 做___________________ ? 4、香农信息论中的三大极限建理 是____________________ 、 ____________________ 、■ 5、耳信道的输入与输出随机序列分别为X和Y ,则 KX\Y N)=NI(X,Y)成立的 条件______________________________ ? 6、对于香农-费诺编码、原始香农-费诺编码和哈夫曼编码， 编码方法惟一的是 O "，则该信源的Dmax= ________ a 0 三、本题共4小题，满分50分. K某信源发送端有2种符号x,i = 1,2), /心)=a：接收端 有3种符号y r. () = 123),转移概率矩阵为 1/2 1/2 0 P = ? 1/2 1/4 1/4. (1)计算接收端的平均不确定 度 (2)计算由于噪声产生的不确 定度H(rix)： (3)计算信道容量以及最佳入 口分布. 2、一阶马尔可夫信源的状态转移 (1) 求信源平稳后的概率分布： (2) 求此信源的燔： (3) 近似地认为此信源为无记忆时，符号的概率分布为 稳分布?求近似信源的爛H(X)并与Hs进行比较. 4、设二元(7,4)线性分组码的生成矩阵为0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 1 (1)给岀该码的一致校验矩阵，写出 所有的陪集首和与之相对应的伴随式： (2)若接收矢gv = (0001011),试讣 算出其对应的伴 随式S并按照最小距离译码准则试着对其译码. (二) 一、填空题(共15分，每空1分) 一、判断题共10小J满分20分. 1.当随机变量X和丫相互独立时，条件爛H(XI Y)等 7、某二元信源［爲冷打加其失真矩阵 图如右图所示, 信源X的符号集为{0丄2}? 1 1 0 1 G = 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 光电子技术(安毓英)习题答 案 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY- 课后题答案 设半径为R c 的圆盘中心发现上，距圆盘中心为l 0处有一辐射强度为I e 的点源S ，如下图所示。试计算该点光源发射到圆盘的辐射功率。 思路分析：要求e φ由公式e e d E dA φ=，e e d I d φ =Ω 都和e φ有关，根据条件，都可求出。解题过程如下： 法一 e e d E dA φ= 故：20 c R e e E dA πφ=? 又：2 0e e I E l = 代入上式可得： 2 20 e e c I R l φπ= 法二： e e d I d φ= Ω 220 c R l e e I d πφ=Ω? 2 20 e c e I R l πφ= 如下图所示，设小面源的面积为s A ?，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为s θ；被照面的面积为c A ?，到面源s A ?的距离为l 0。若c θ为辐射在被照面c A ?的入射角，试计算小面源在c A ?上产生的辐射照度。 思路分析：若求辐射照度e E ，则应考虑公式2 0e e I E l = 。又题目可知缺少I e ，则该考虑如何求I e 。通过课本上的知识可以想到公式cos e e dI L dS θ =，通 过积分则可出I e 。解题过程如下： 解： 2 0e e I E l = 由cos e e dI L dS θ = 可得 cos s A e e I L dS θ?=? = cos e s L A θ?，故： 2200 cos e e s e I L A E l l θ?= = 假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐射亮度L e 均相同。试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐射照度。 思路分析：题目中明确给出扩展源是按朗伯余弦定律发射辐射的，且要求辐射照度E e ，由公式e e d E dA φ= 可知，要解此题需求出e d φ，而朗伯体的辐射通量为cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=?，此题可解。解题过程如下： 解： e e d E dA φ= cos e e e d L dS d L dS φθπ=Ω=? e e e L dS E L dA ππ= = 霓虹灯发的光是热辐射吗 答：霓虹灯发光是以原子辐射产生的光辐射，属于气体放电，放电原理后面章节会涉及到。而热辐射是指由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象。因此霓虹灯放电不属于热辐射。 此题不适合做例题，可在相关章节做个小思考题。 刚粉刷完的房间从房外远处看，它的窗口总是显的特别黑暗，这是为什么 答：刚粉刷完的房间可以看成一个光学谐振腔，由于刚粉刷完的墙壁比较光滑，容易产生几何偏折损耗，故看起来总是特别黑。 这个题目也是不适合作为例题，可以和题一样以思考题的形式出现。 1. She could not resist the temptation to declare her candidacy as there are only two other people c________ the seat. 竞争contest 2. Our o______ for the coming year is to increase our market share in Europe by 20 percent and to generate more profit. 目标objective 3. The worst o______ that we had to remove were tree trunks that had fallen across the road. 障碍物obstacles 4. The Labor Party’s electoral strategy, which was based on a tactical a______ with other minor parties, has proved successful. 联盟alliance 5. After a three-day s____ by the police, the terrorists who had seized the restaurant had to give in. 包围 Siege 6.They have found l______ jobs in private security firms. 赚钱的Profitable lucre lucrative 7. The curriculum ignored the natural interests of children and so e_____ their motivation. 消除eliminate 8. The manager a____ the staff to the crisis facing the company. 提醒，警示Alarm alert 9. She s____ the car skillfully through the narrow streets. 驾驶steer 《信息论基础》模拟试卷 一、填空题（共15分，每空1分） 1、信源编码的主要目的是 ，信道编码的主要目的是 。 2、信源的剩余度主要来自两个方面，一是 ，二是 。 3、三进制信源的最小熵为 ，最大熵为 。 4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为 。 5、当 时，信源与信道达到匹配。 6、根据信道特性是否随时间变化，信道可以分为 和 。 7、根据是否允许失真，信源编码可分为 和 。 8、若连续信源输出信号的平均功率为2σ，则输出信号幅度的概率密度是 时，信源具有最大熵，其值为值 。 9、在下面空格中选择填入数学符号“,,,=≥≤?”或“?” （1）当X 和Y 相互独立时，H （XY ） H(X)+H(X/Y) H(Y)+H(X)。 （2）()() 1222 H X X H X = ()()12333H X X X H X = （3）假设信道输入用X 表示，信道输出用Y 表示。在无噪有损信道中，H(X/Y) 0, H(Y/X) 0,I(X;Y) H(X)。 二、（6分）若连续信源输出的幅度被限定在【2,6】区域内，当输出信号的概率密度是均匀分布时，计算该信源的相对熵，并说明该信源的绝对熵为多少。 三、（16分）已知信源 1234560.20.20.20.20.10.1S s s s s s s P ????=???????? （1）用霍夫曼编码法编成二进制变长码；（6分） （2）计算平均码长L ;（4分） （3）计算编码信息率R ';（2分） （4）计算编码后信息传输率R ;（2分） （5）计算编码效率η。（2分） 四、（10分）某信源输出A 、B 、C 、D 、E 五种符号，每一个符号独立出现，出现概率分别为1/8、1/8、1/8、1/2、1/8。如果符号的码元宽度为0.5s μ。计算： （1）信息传输速率t R 。（5分） （2）将这些数据通过一个带宽为B=2000kHz 的加性白高斯噪声信道传输，噪声的单边功率谱密度为 6010W n Hz -=。试计算正确传输这些数据最少需要的发送功率P 。（5分） 安徽大学2011—2012学年第1学期 《信息论》考试试卷（AB 合卷） 院/系 年级 专业 姓名 学号 一、填空题 1、接收端收到y 后，获得关于发送的符号是x 的信息量是 。 2、香农信息的定义 。 3、在已知事件z Z ∈的条件下，接收到y 后获得关于事件x 的条件互信息(;|)I x y z 的表达式为 。 4、通信系统模型主要分成五个部分分别为： 。 5、研究信息传输系统的目的就是要找到信息传输过程的共同规律，以提高信息传输的可靠性、有效性、 和 ，使信息传输系统达到最优化。 6、某信源S 共有32个信源符号，其实际熵H ∞=1.4比特/符号，则该信源剩余度为 。 7、信道固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是输入信源概率分布()P x 的 型凸函数。 信源固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是信道传递概率(|)P y x 的 型凸函数。 8、当信源与信道连接时，若信息传输率达到了信道容量，则称此信源与信道达到匹配。信道剩余度定义为 。 9、已知信源X 的熵H (X )=0.92比特/符号,则该信源的五次无记忆扩展信源X 5的信息熵 5()H X = 。 10、将∞H ，6H ，0H ，4H ，1H 从大到小排列为 。 11、根据香农第一定理，对于离散无记忆信源S ，用含r 个字母的码符号集对N 长信源符号序列进行变长编码，总能找到一种无失真的唯一可译码，使每个信源符号所需平均码长满足： 。 12、多项式剩余类环[]())q F x f x 是域的充要条件为 。 13、多项式剩余类环[](1)n q F x x -的任一理想的生成元()g x 与1n x -关系为 。 14、有限域12 2F 的全部子域为 。 15、国际标准书号（ISBN ）由十位数字12345678910a a a a a a a a a a 组成（诸i a ∈11F ，满足： 10 1 0(mod11)i i ia =≡∑） ，其中前九位均为0-9，末位0-10，当末位为10时用X 表示。《Handbook of Applied Cryptography 》的书号为ISBN ：7-121-01339- ，《Coding and Information Theory 》的书号为ISBN ：7-5062-3392- 。 二、判断题 1、互信息(;)I x y 与平均互信息(;)I X Y 都具有非负性质。 （ ） 2、离散信源的信息熵是信源无失真数据压缩的极限值。 （ ） 3、对于无噪无损信道，其输入和输出有确定的一一对应关系。 （ ） 4、对于有噪无损信道，其输入和输出有确定的一一对应关系。 （ ） 5、设有噪信道的信道容量为C ，若信息传输率R C >，只要码长n 足够长，必存在一种信道编码和相应的译码规则，使译码平均错误概率E P 为任意小。反之，若R C <则不存在以R 传输信息而E P 为任意小的码。 （ ） 6、在任何信息传输系统中，最后获得的信息至多是信源所提供的信息。如果一旦在某一 光电子技术安毓英习题答案 习 题1 1．1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 .1.2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e 积为?A c ，θc 为辐射在 被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 第1题图 第2题图 1.4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 不是热辐射。 1.6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。 这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为 2.898?10-3m ?K 。 普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。 1.9. 常用的彩色胶卷一般分为日光型和灯光型。你知道这是按什么区分的吗？ 按色温区分。 习 题2 2.1. 何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。 对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。 2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？ 是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向运动，空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。这种湍流状态将使激光辐射在传播过程中随机地改变其光波参量，使光束质量受到严重影响，出现所谓光束截面内的强度闪烁、光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间 1. 在无失真的信源中，信源输出由 H (X ) 来度量；在有失真的信源中，信源输出由 R (D ) 来度量。 2. 要使通信系统做到传输信息有效、可靠和保密，必须首先 信源 编码， 然后_____加密____编码，再______信道_____编码，最后送入信道。 3. 带限AWGN 波形信道在平均功率受限条件下信道容量的基本公式，也就是有名的香农公式是log(1)C W SNR =+；当归一化信道容量C/W 趋近于零时，也即信道完全丧失了通信能力，此时E b /N 0为 -1.6 dB ，我们将它称作香农限，是一切编码方式所能达到的理论极限。 4. 保密系统的密钥量越小，密钥熵H (K )就越 小 ，其密文中含有的关于明文的信息量I (M ；C )就越 大 。 5. 已知n ＝7的循环码4 2 ()1g x x x x =+++，则信息位长度k 为 3 ，校验多项式 h(x)= 3 1x x ++ 。 6. 设输入符号表为X ＝{0，1}，输出符号表为Y ＝{0，1}。输入信号的概率分布为p ＝(1/2，1/2)，失真函数为d (0，0) = d (1，1) = 0，d (0，1) =2，d (1，0) = 1，则D min ＝ 0 ，R (D min )＝ 1bit/symbol ，相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x )]＝1001?? ???? ；D max ＝ 0.5 ，R (D max )＝ 0 ，相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x )]＝1010?? ? ??? 。 7. 已知用户A 的RSA 公开密钥(e,n )=(3,55)，5,11p q ==,则()φn = 40 ，他的秘密密钥(d,n )＝(27,55) 。若用户B 向用户A 发送m =2的加密消息，则该加密后的消息为 8 。 二、判断题 1. 可以用克劳夫特不等式作为唯一可译码存在的判据。 （√ ） 2. 线性码一定包含全零码。 （√ ） 3. 算术编码是一种无失真的分组信源编码，其基本思想是将一定精度数值作为序列的 编码，是以另外一种形式实现的最佳统计匹配编码。 （×） 4. 某一信源，不管它是否输出符号，只要这些符号具有某些概率特性，就有信息量。 （×） 5. 离散平稳有记忆信源符号序列的平均符号熵随着序列长度L 的增大而增大。 （×） 6. 限平均功率最大熵定理指出对于相关矩阵一定的随机矢量X ，当它是正态分布时具 有最大熵。 （√ ） 7. 循环码的码集中的任何一个码字的循环移位仍是码字。 （√ ） 8. 信道容量是信道中能够传输的最小信息量。 （×） 9. 香农信源编码方法在进行编码时不需要预先计算每个码字的长度。 （×） 10. 在已知收码R 的条件下找出可能性最大的发码i C 作为译码估计值，这种译码方 法叫做最佳译码。 （√ ）光电子技术安毓英习题答案完整版
华科 C++期末考试试卷答案
信息论测试题及答案
光电子材料与器件 课后习题答案
华中科技大学国际经济学期末试题
信息论与编码试卷与答案
信息论考试题
华中科技大学《机械设计》期末考试试题(A)答案
信息论试卷题目及标准答案
信息论与编码期末考试题(全套)..
光电子技术(安毓英)习题答案
【最新】华科大一英语期末考前练习
信息论试卷含答案
(整理)信息论期末考试试题1.
光电子技术安毓英习题答案
信息论与编码试题集与答案(新)