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10Gbps多模光纤链路仿真中VCSEL模型的研究

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英文文摘

第一章 绪论

l.l 多模光纤通信的发展

1.1.1 光纤以太网的发展

1.1.2 多模光纤通信光源

1.2 垂直腔面发射激光器(VCSEL)简介

1.2.1 VCSEL的结构与特点

1.2.2 VCSEL的发展历史与现状

1.2.3 VCSEL的应用

1.3 光链路系统级仿真中VCSEL模型的研究背景

1.3.1 速率方程模型的研究背景

1.3.2 封装的电路寄生效应的研究背景

1.4 VCSEL仿真模型参数提取的研究背景

1.5 本论文的主要工作

第二章 光链路系统级仿真中的VCSEL模型

2.1 单模热相关速率方程模型

2.1.1 热相关速率方程

2.1.2 温度相关增益

2.1.3 有源区载流子泄漏

2.1.4 温度与伏安特性

2.1.5 模型求解说明

2.2 多模空间相关速率方程模型

2.2.1 多模速率方程模型的建立

2.2.2 基于多模空间相关速率方程模型的动态特性仿真

本章小结

第三章 10Gbps TOSA封装VCSEL的参数提取

3.1 VCSEL的系统级仿真模型的建立

3.1.1 VCSEL的热特性

3.1.2 简化的热相关速率方程

3.1.3 封装的寄生电路模型

3.1.4 相对强度噪声

3.1.5 系统级仿真模型

3.2 参数提取与结果分析

3.2.1 参数提取详细步骤

3.2.2 参数提取结果与VCSEL厂家数据的对比

3.3.3 仿真结果与实验结果的对比

本章小结

第四章 热效应对VCSEL调制性能的影响

4.1 调制深度和码间干扰代价的定义

4.2 VCSEL热效应对调制深度和码间干扰代价的影响

本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

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摘要

垂直腔面发射激光器(VCSELs:Vertical Cavity Surface Emitting Lasers)是目前多模光纤链路的主要光源,VCSEL的系统级仿真是多模光通信的一个研究热点。本文研究VCSEL的系统级仿真模型,研究VCSEL的热效应和空间相关特性,并基于单模速率方程,建立了包含热效应的VCSEL系统级仿真模型。该模型的参数提取系多参数非线性优化问题,本文基于经验给定参数的初值,并结合随机优化算法得到了实用的模型参数提取算法。利用该模型对10Gbps光链路进行了系统级仿真研究,并与实际链路的测试结果进行了对比。最后,研究了VCSEL热效应对光链路性能的影响。
   本文的主要研究内容和结论如下:
   (1)介绍了单模热相关速率方程模型,忽略多横模特性,采用温度相关的增益和等效的有源区泄漏电流来模拟VCSEL的热效应。
   (2)介绍了多模空间相关速率方程模型,考虑热效应和空间效应,包括有源区载流子的热泄漏、横模的空间特性以及由此引起的有源区横向载流子的空间烧孔特性。分析了VCSEL的高速调制过程中的横模竞争特性和空间烧孔特性。
   (3)考虑VCSEL的封装的电路寄生效应和相对强度噪声,建立了10Gbps TOSA封装VCSEL的仿真模型。并给出了实用的参数提取方法。参数提取利用厂家提供的光功率—电流—电压(L-I-V:Light-Current Intensity-Voltagc)关系和S21特性,仿真结果和实验结果基本吻合。
   (4)研究了VCSEL的温度特性对调制深度和码间干扰(ISI:Inter Symbol Interference)代价的影响。

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