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1、第27卷第9期半导体学报Vol.27No.92006年9月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSSep.,2006微腔效应对垂直腔面发射激光器谐波和互调失真的影响1,•12张博吕英华张金玲(1北京邮电大学通信网络综合技术研究所,北京100876)(2北京邮电大学电子工程学院,北京100876)摘要:采用速率方程与Volterra变换方法,分析了垂直腔面发射激光器在微波模拟调制情况下,频率、自发辐射因子以及自发辐射寿命对三阶谐波和三阶互调失真的影响.结果表明垂直腔面发射激光器的非线性失真依赖于自发辐射物理量的变化,对激
2、光器的自发辐射进行适当控制,可以抑制非线性对性能的影响,扩大其最大调制频率,提高基于VCSELs器件的ROF(radiooverfiber)系统的性能和应用范围.关键词:光纤射频系统;三阶谐波失真;三阶互调失真;垂直腔面发射激光器PACC:4280S;4660D;8160C中图分类号:TN24814文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0921625205力学效应.增强的自发辐射是微腔效应的主要体现,1引言并且与腔结构参数密切相关.利用腔量子电动力学理论,自发辐射物理量随着腔长的增加呈现周期性[9][10]近年来,将微波信
3、号通过模拟光纤传输系统传的变化.Ram等人测量了直径由30μm到5μm-4-2输的方案得到大量研究,并成功应用于有线电视、现的微腔,其自发辐射因子由10增加到了10.研[1,2]代移动通信等领域,为信息分布网络提供简单究均表明微腔尺寸、几何结构、孔径等结构参数的变且低成本的解决方案,可为用户实现便捷的无线接化可在较大程度上影响自发辐射因子和自发辐射寿入.此系统中,由于光连接器件的非线性而产生的谐命.为此需要考察自发辐射物理量对微腔激光器模波失真和互调失真是造成系统性能下降的主要因拟调制时谐波失真和互调失真的影响,然而目前自[3,4]素,其
4、主要来源于激光器件的非线性.围绕非线发辐射物理量对于模拟应用非线性失真影响的研究[5]性失真已有大量研究,一般采用外调制器和预校还未见报道.本文以VCSELs为研究对象,采用速[6][11]正电路改善性能,但系统成本增加.垂直腔面发射率方程结合Volterra变换的方法,对于不同的调激光器(verticalcavitysurfaceemittinglasers,制频率,分析了自发辐射因子和自发辐射寿命对VCSELs)具有低成本、易集成、高调制带宽的特点,VCSELs三阶谐波失真(thirdharmonicdistortion,其SFDR(
5、spuriousfreedynamicrange)满足ROFTHD)和三阶互调失真(third2orderintermodula2[7](radiooverfiber)无线应用,已有多种基于VC2tiondistortion,IMD)的影响,给出非线性失真随自[8]SELs器件的ROF系统.由于VCSELs较大的谐发辐射物理量的变化规律,为应用于ROF系统的波和互调失真,目前主要应用于室内短距离传输.当VCSELs器件设计和应用提供理论依据.前ROF系统在车载道路通信、乡村通信的应用研究,迫切需要低成本高线性的VCSELs器件.另一2理论
6、基础方面,随着微电子机械系统(microelectromechani2calsystems,MEMS)加工技术的快速发展,通过使2.1ROF系统用MEMS技术来移动或旋转某个反射腔镜,可实现VCSELs波长的宽可调谐范围,这样可实现低成本本文主要针对的ROF系统如图1所示,采用的波分复用ROF系统.RF(radiofrequency)信号对VCSELs进行直接强相对于一般边发射激光器,VCSELs的有源层度调制,并采用探测器直接探测.在此种方式中,将可以很小,当腔长为波长量级时产生腔的量子电动RF信号加载于注入电流上,使激光二极管的注入•
7、通信作者.Email:zhbomail@126.com2006201223收到,2006205216定稿2006中国电子学会1626半导体学报第27卷电流得到调制,相应调制了输出激光的光强.调制后其他参数为:的光波信号经过光纤传输至光电探测器(photodi2η=G3(ω,ω,ω)G1(2ω)-3G2(ω,ω)G2(ω,2ω)ode,PD).经过PD光电转换后,已调的光信号产生ξ=G3(ω,ω,-ω)G0(0)G1(2ω)-已调电流,通过PD的负载电阻输出RF功率.2G2(ω,-ω)G2(ω,0)G1(2ω)-G2(ω,ω)G2(-ω,2
8、ω)G1(0)(7)表达式中的Gn为gn(gn为第n阶的Volterra变换)的傅里叶变换,为如下形式:2图1采用直接强度调制的ROF系统光链路G1(ω)=Aω+jBω+C2Fig.1Layo
