基于VCSEL的ROF链路收发模块研究

论文摘要

随着人们对于光通信需求的大幅度增长,ROF技术被广泛的应用。作为ROF系统的关键器件,垂直腔面发射激光器（VCSEL）可以实现高速的内调制,目前最高的调制速率已经超过20Gbps。相对一般的边发射激光器,VCSEL具有低阈值电流激射,动态单纵模,易于和光纤耦合,可以集成高密度二维阵列等优点,因此多波长、高调制速率的VCSEL研究越来越受到人们的重视。本文介绍了ROF技术的发展现状,分析VCSEL结构特点和作为高速调制光源的优势,阐述了各种光调制方式的原理和特性。针对现有850nnm波长,调制速率大于2.5Gbps的VCSEL,设计了基于VCSEL内调制的ROF链路收发模块。本文详细介绍了电路的原理,给出了收发装置各个模块的设计实现方法,结合所设计的收发模块,分析了微波电路的设计难度并对其设计原则作了一定的介绍。本文所述收发模块实现了在宽频带内对VCSEL的微波内调制,得到了良好的实验效果,并和外调制方案进行对比。实验显示,在218MHz到2.9GHz范围内,整机传输函数大于0dB。并测试了输出功率大于-10dBm,基波功率大于二倍频30dB以上的频带,实验证明,在1.72GHz到2.8Ghz的范围内实现了高带宽,高输出功率的传输要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 VCSEL技术概述
• 1.1.1 VCSEL的优点和发展历史
• 1.1.2 VCSEL结构特点
• 1.1.3 国内外研究现状
• 1.2 ROF技术概论
• 1.2.1 ROF基本原理和技术优点
• 1.2.2 ROF技术的应用前景和局限
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 光调制原理
• 2.1 外调制原理和调制特性分析
• 2.1.1 几种外调制方案简介
• 2.1.2 外调制性能要求和技术指标
• 2.2 内调制原理和调制特性分析
• 2.3 OPTISYSTEM光路仿真
• 2.3.1 外调制系统仿真
• 2.3.2 内调制系统仿真
• 2.4 本章小结
• 3 基于VCSEL内调制的ROF链路收发模块的电路实现
• 3.1 系统原理
• 3.2 发送模块电路设计
• 3.2.1 VCSEL激光器简介
• 3.2.2 直流驱动模块
• 3.2.3 调制模块
• 3.2.4 跨阻放大模块
• 3.2.5 自动功率控制模块（APC）
• 3.3 接收模块电路设计
• 3.3.1 高速光电二极管
• 3.3.2 两级微波放大模块
• 3.3.3 直流分路和微波衰减模块
• 3.4 微波电路设计和实现
• 3.4.1 微波电路设计规则
• 3.4.2 实际电路的布局布线
• 3.4.3 遇到的问题和解决方案
• 3.5 本章小结
• 4 收发模块性能测试
• 4.1 单频点通信测试
• 4.2 系统传输函数
• 4.3 收发模块相关参数
• 4.4 与外调制系统比较
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历