基于多模VCSEL的多模光纖鏈路仿真的研究.pdf

1、隨著高速光互連和短距離通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展，多模光纖以其連接簡便，成本低等優(yōu)點在其中扮演了重要的角色。本文以VCSEL（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser）作為信號光源，通過建立多模光纖傳輸鏈路模型，研究了VCSEL高階橫模、VCSEL與多模光纖的對準偏差以及光纖連接器對多模光纖鏈路傳輸性能的影響。 本文首先參考經(jīng)典的有限差分方法求解了多模光纖標量波動方程，構建了四階精度的差分邊界條件，提

2、高了求解精度?；诙嗄９饫w標量波動方程的本征模傳播常數(shù)解，用樣條插值方法求解多模光纖導模的群延時。多橫模VCSEL出射場采用Laguerre-Gaussian光束模型。VCSEL與多模光纖的耦合基于耦合模理論進行研究。在考慮VCSEL與多模光纖橫向偏差情況下，通過VCSEL出射模場與多模光纖的導模場進行重疊積分得到耦合效率。在多模光纖鏈路中還考慮了光纖連接器的影響，多模光纖連接器基于耦合模理論建模，在考慮橫向對準偏差的條件下，建立輸入輸

3、出光纖線偏振模間的光功率轉移矩陣。最后，在上述各鏈路模塊的理論模型的基礎上，建立了多模光纖鏈路仿真模型。并對傳輸距離小于300m的多模光纖鏈路進行了數(shù)值仿真研究，研究了VCSEL出射場中高階模式、VCSEL與多模光纖的橫向偏差以及光纖連接器等因素對多模光纖鏈路傳輸性能的影響，并得出了以下結論： 1）多模光纖鏈路輸出信號的ISI（碼間干擾）代價隨著VCSEL與多模光纖橫向對準偏差的增大而增大，當橫向對準偏差大于5μm時這種趨勢更為

4、顯著，ISI代價最大時達30dB。此外還發(fā)現(xiàn)，1SI代價隨VCSEL出射功率中高階模的比例增大而增大。 2）固定VCSEL出射場的情況下，隨著光纖連接器中光纖橫向對準偏差的增大，輸出信號眼圖的張開度減小。而當VCSEL高階模式功率比例上升時，光纖橫向對準偏差的大小對脈沖展寬影響更加明顯，當VCSEL高階模功率比例達到激光器輻射總功率的80％，且光纖橫向對準偏差大于1μm時，輸出信號眼圖的張開度幾乎為零。 3）鏈路接收端信