[发明专利]改进的高速分布式反馈激光器电路建模方法

说明书

本发明提供了一种改进的高速分布式反馈激光器（distributed‑feedback laser diode，简称DFB‑LD）电路建模方法。首先建立高速DFB‑LD的速率方程组；然后向速率方程组带入肖克利关系进行转换化简，得到电路方程组；根据电路方程组建立高速DFB‑LD的电学回路、光学回路和相位回路电路模型；最后建立电路整体模型，包括一个电流输入端口，一个光功率输出端口和一个频率啁啾输出端口。本发明在建模过程中考虑了非辐射复合效应、封装寄生效应和频率啁啾，仿真结果更加贴近真实的高速DFB‑LD，为激光器封装电路和光电集成电路的设计提供指导。

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，具体涉及一种改进的高速分布式反馈激光器电路建模方法。

背景技术

分布式反馈激光器(distributed-feedback laser diode，简称DFB-LD)以其低功耗、高调制带宽、窄线宽和良好的单模特性而被广泛应用于现代光通信、高速信息传输等领域。但是激光器做成产品后就无法调整，因此，为了在做成产品前预先查看激光器的设计是否满足要求，就需要对激光器进行建模仿真，弥补设计的缺陷，目前有许多复杂的物理模型、数值模拟方法和计算机程序可以精确地对DFB-LD的输出特性进行仿真，与这些复杂的数值仿真方法相比，电路模型可以更加简洁有效地模拟出激光器的输出特性。

激光器工作还需要外部封装电路的支持，为了与封装电路更好的兼容匹配，把激光器用电路模型替代与封装电路一起进行仿真，对封装电路的设计可以提供指导。目前，大多数DFB-LD的电路模型只关注对载流子密度速率方程和光子密度速率方程的建模和分析，并忽略了一些因素对激光器性能的影响。

发明内容

针对现有的DFB-LD电路模型的一些缺陷，本发明提出一种改进的高速DFB-LD电路建模方法。

本发明采用以下的技术方案：

一种改进的高速DFB-LD电路建模方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据高速DFB-LD的电光特性，建立其单模速率方程组，包括载流子密度速率方程，光子密度速率方程，相位速率方程，考虑到非辐射复合对DFB-LD电光特性的影响，向载流子密度速率方程中添加了非辐射复合速率项；

步骤2：对单模速率方程组进行转化化简，得到电路方程组；

步骤3：电路方程组与光功率输出公式和频率啁啾公式结合，在此基础上建立高速DFB-LD的等效电路模型，该模型包括电学回路，光学回路，相位回路三个子电路，考虑到寄生电路对DFB-LD电光特性的影响，向电学回路中添加了寄生电路元件；

步骤4：对三个子电路进行封装，形成一个DFB-LD的整体等效电路模型，该模型有一个电流输入端口，一个光功率输出端口，一个频率啁啾输出端口。

在此电路建模方法中，非辐射复合速率的表达式为：

R_n(N)＝A_n1N+A_n2N²+A_n3N³

其中，N是有源区载流子密度，A_n1是深能级复合系数，A_n2是小注入俄歇复合系数，A_n3是大注入俄歇复合系数。

在此电路建模方法中考虑到的寄生电路的元件包括，寄生并联电容C_p，串联电阻R_s，有源区电流泄露等效电阻R_d。

此电路建模方法中使用的相位速率方程的表达式为：

其中，N是有源区载流子密度，g₀是增益系数，N₀是透明载流子密度，Γ是光限制因子，τ_p是光子寿命，是光相位，α是线宽增强因子。

因此，本发明具有的有益效果是：