拟合算法-面向下一代光通信的VCSEL 激光器仿真模型 (4).pdf

垂直腔面发射激光器（VCSEL）在光通信领域中扮演着重要角色，因其结构紧凑、功耗低、易于集成等优点。本文针对VCSEL激光器的数学建模进行了深入探讨，旨在为下一代光通信系统提供更精确的仿真模型。 在问题一中，主要关注的是VCSEL的L-I静态特性，即光功率与注入电流之间的关系。通过建立数学模型并设定目标函数，利用实际测量数据，优化得到8个模型参数，从而得到与实验数据匹配良好的光功率值。在不同温度下，通过实测电压值或多项式拟合V-I关系来确定电压。计算出的光功率随着温度的升高而降低，且随着电流的增加先上升后下降，这些结果与已有文献相符，验证了模型的准确性。 对于问题二，文章分析了原始的5阶多项式V-I模型在电流外推区间的不足，即拟合曲线与物理规律不符，导致计算的L-I曲线下降过快。为此，提出了二极管参数模型作为改进，该模型在更大电流范围内表现更优，更接近实测数据，尤其是在20℃下的L-I曲线更符合实际，进一步证实了模型的改进效果。 问题三探讨了VCSEL的小信号幅频响应模型，基于速率方程建立，并通过非线性优化确定模型参数。模型计算的小信号响应与实测数据吻合度高，绘制的带宽响应曲线揭示了带宽与电流、温度的关联性，与输出光功率的依赖关系一致。此外，通过调整参数，研究了带宽响应随转换效率、增益系数和光子寿命的变化规律。 问题四中，通过等效电路模型分析了VCSEL的小信号带宽，识别了主要影响调制带宽的参数，如转换效率、增益系数和光子寿命。通过对这些参数的调整，可以优化带宽和通带平坦性，实现更好的通信性能。 本文详尽地研究了面向下一代光通信的VCSEL激光器仿真模型，不仅构建了精确的数学模型，还通过优化和参数调整，解决了模型在不同条件下的适应性和预测能力，为VCSEL在光通信应用中的性能优化提供了理论基础。