基于拟合算法的VCSEL激光器仿真模型研究

拟合算法-面向下一代光通信的VCSEL 激光器仿真模型 本文主要介绍了一种拟合算法，用于建立面向下一代光通信的VCSEL 激光器仿真模型。VCSEL 激光器在我们的生活中扮演着十分重要的作用，本文的主要任务，就是得到能准确反映VCSEL 激光器特性的数学模型。 首先，作者考虑到激光器输出的功率强度与温度的关系，建立了激光器的工作电流与输出光功率强度关系模型，即L-I 模型。通过求解微分方程，并且运用非线性拟合的方法，得出了U-I 曲线的关系。然后，作者利用给定的初值，建立优化模型，以实验数据和模型模拟数据之差作为目标函数，构建 Accuracy 函数，使其误差达到设定的标准。 在模型建立过程中，作者还运用了变分法和最优控制理论，求解出了参数，包括 η、Ith、Rth、a0、a1、a2、a3、a4 等。这些参数的值对于建立准确的数学模型非常重要。 在模型验证阶段，作者利用求得的参数，根据模型画出了 10℃、20℃、30℃ 等温度下的 L-I 曲线。结果表明，模型能够准确地反映 VCSEL 激光器的特性。 此外，作者还讨论了模型的优化过程。通过对 U-I 曲线的非线性拟合进行优化，接着改进了模型的求解过程，利用 Newton 法提高了计算的精度。结果表明，优化后的模型计算精度大大提高，远远优于原来的模型。 最后，作者还讨论了小信号响应模型的建立。通过推导简化了附录二中的小信号响应模型的复杂程度，先分析 S21 曲线的特性，再利用非线性寻优算法，成功提取了小信号响应模型的参数。根据模型得到的参数，画出了不同温度和不同偏置电流的 S21 曲线，得出了有趣的结论：在相同的偏置电流条件下，随着温度的升高，带宽的峰值向左移动；在相同的温度下，随着电流的增大，带宽的峰值越小且曲线更陡峭。 本文提出的拟合算法和面向下一代光通信的 VCSEL 激光器仿真模型具有重要的理论和实践价值，对于光通信领域的研究和应用具有重要的意义。