基于直调DFB激光器的RoF光发射模块性能优化研究

论文摘要

光载无线通信(Radio over Fiber,RoF)技术结合了无线通信技术和光纤通信技术的特点。它利用光纤通信体积小、重量轻、带宽大的优点,使用模拟光纤链路来传输射频信号,在无线通信、雷达等系统中得到了广泛的应用。直调光发射模块作为直调RoF链路中完成光电转换的重要部件,其性能决定了直调RoF链路整体的性能。本文针对直调RoF链路中的射频信号完整性问题和激光器最佳工作点问题,基于一款自研的直调光发射模块,完成对RoF链路的主要性能指标的测试。利用高频仿真软件HFSS和仿真软件matlab对光发射模块的S参数、噪声系数、非线性性能等链路性能进行了研究,提出对光发射模块的优化方案,结合实际实验测试结果,验证所得到的方案的可行性和优化程度,得出优化方案。1、利用半导体激光器速率方程,对RoF链路中的S参数进行了推导并对激光器稳态和调制状态下的激光器工作状态进行仿真。由速率方程得到了在直调链路中的RF基波的幅频响应,以及和激光器的调制带宽相关的影响参数。利用HFSS对激光器芯片载体模型的回波损耗仿真,得到了更为优化的设计模型,并提出了优化频率带宽的方案。2、研究了RoF链路中主要存在的三种噪声,建立了激光器小信号输入噪声系数模型,推导出链路固有增益和调制频率的关系,并根据仿真结果得到了调制链路中影响噪声系数的因素,提出了优化噪声系数的方案。3、分析了链路中的主要存在的非线性影响因素,研究了二次谐波失真和三阶交调效应对RoF链路输出频谱的影响。通过对速率方程的推导和结果的仿真,得到了关于二次谐波失真和三阶交调失真的相关影响因素。提出了对系统非线性的优化方案。最后通过对提出的S参数、链路噪声系数和谐波失真的优化方案的性能参数对比测试,得出了优化方案的可行性和优化程度,得出对光发射模块性能提升的优化结果。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 RoF技术背景及其应用
•   1.2 国内外研究进展
•   1.3 课题研究意义
•   1.4 本文主要安排和论文结构
• 第二章 DFB激光器及直调RoF链路
•   2.1 DFB激光器
•     2.1.1 DFB激光器工作原理
•     2.1.2 半导体激光器速率方程
•   2.2 直调RoF链路
•     2.2.1 直调RoF链路原理及其性能参数
•     2.2.2 直调RoF光发射模块
•   2.3 本章小结
• 第三章 基于DFB激光器直调光发射模块的性能研究及仿真
•   3.1 S参数性能优化研究
•     3.1.1 链路增益及增益平坦度研究
•     3.1.2 信号完整性分析
•     3.1.3 关于优化RoF链路S参数总结
•   3.2 噪声系数及其优化研究
•     3.2.1 RoF链路中的噪声
•     3.2.2 噪声系数小信号输入等效模型
•     3.2.3 关于RoF链路噪声系数的优化方案总结
•   3.3 直调RoF链路非线性及其优化研究
•     3.3.1 RoF链路的三阶交调优化研究
•     3.3.2 RoF链路的二次谐波优化研究
•     3.3.3 关于RoF链路非线性的优化方案总结
• 第四章 RoF光发射模块优化设计及实验结果
•   4.1 关于对S参数的优化方案及实验结果
•     4.1.1 S参数测试方案
•     4.1.2 激光器芯片载体电极优化设计对S参数优化测试结果
•     4.1.3 优化共面波导转接板装配对S参数优化设计结果
•     4.1.4 不同偏置工作点对S参数的影响
•     4.1.5 对优化S参数方案的总结
•   4.2 关于对噪声系数的优化方案及实验结果
•     4.2.1 噪声系数测试方案
•     4.2.2 噪声系数测试方式对测试结果的影响
•     4.2.3 优化调制链路阻抗匹配对噪声系数优化结果
•     4.2.4 改变光发射模块偏置工作点对噪声系数测试结果
•     4.2.5 对链路噪声系数优化方案总结
•   4.3 二次谐波杂散及无杂散动态范围的优化方案测试及实验结果
•     4.3.1 二次谐波失真测试方案
•     4.3.2 不同偏置工作点下二次谐波失真测试对比
•     4.3.3 无杂散动态范围测试方案
•     4.3.4 不同偏置工作点下无杂散范围测试对比
•     4.3.5 链路谐波失真与无杂散动态范优化方案总结
•   4.4 对直调光发射模块性能优化的方案总结
• 第五章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗宇

导师: 邱昆

关键词: 激光器,直调链路,参数,噪声系数,链路非线性

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,电信技术

单位: 电子科技大学

分类号: TN92;TN248

总页数: 77

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