VCSEL激光器仿真模型在家庭固定网络的应用

材料参数和工作条件，建立了激光器工作的基本方程，即速率方程；并且对模型限制了因子和损耗等重要参数.同时采用有限差分法求解热传导方程，得出温度与注入电流的关系.李玉嬌、宗楠、彭钦军（2018）[9]研究了垂直发射半导体激光器的结构、工作原理及性能优势.

Nakwaski和Osinski（1994）[10]建立了二维热效应模型，以及其他研究者将热效应的有限元分析引入VCSEL器件的仿真模型.Hadley、Lear等人（1996）[11]提出了VCSEL的透明载流子密度是温度的线性函数，而微分增益为温度的倒数函数和温度相关的增益谱的乘积.Moriki（1998） [12]也构造了相关的空间速率方程，方程中的各个物理量都是空间位置的函数，引入了载流子的空间扩散项，从而体现空间烧孔、横模空间分布等特性，又通过引入温度相关的增益和描述有源区载流子泄漏的电流项来表征VCSEL的热效应.赵一广、张宁生、黄显玲（1999）[13]利用光场方程、载流子扩散方程、热导方程以及泊松方程自洽解的方法，研究了垂直腔面发射半导体激光器的电、热和光波导特性.李吉光、曹明翠、罗风光（2005）[14]基于速率方程，考虑了热效应、空间烧孔效应的垂直腔面发射半导体激光器的模型，通过正交变换简化了速率方程的计算，从而得到一个高效的面向系统连接的仿真模型.Alex（2011）[15]，Al-omarian（2006）[16]，Jordi（2003）[17]也研究了基于速率方程的模型.

4 结 论

根据以上结果可以得到结论：

1）为了保证用户能够正常检测信号，若激光器的平均光功率低于2 mW，利用图像特征求出电信机房里的VCSEL激光器工作环境温度最多不能高于41.8 ℃.并且进一步对模型进行改进，改进后的VCSEL激光器工作环境温度最多不能高于52.5 ℃才可以保证用户正常使用网络.

2）利用小信号响应模型得到：在激光器的偏置电流一定的情况下，激光器的温度越高，器件的带宽就越窄；在激光器的温度一定的情况下，激光器的偏置电流越高，器件的带宽就越宽.假定激光器工作环境温度为20 ℃，偏置电流固定在7.5 mA，若要获得更宽的激光器带宽设计方案，就必须从电压和热炕阻参数两个方面考虑.

文章还需改进的地方：可以考虑更好的迭代方法進行仿真，或者能够找到更为精确的U-I特性曲线或其它约束条件来改进模型.

参考文献

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