半导体激光器等效电路模型研究

半导体激光器驱动电路设计（两款半导体电路设计）一。

半导体激光器驱动器输出电路的设计随着科学技术的飞速发展，半导体激光器技术已深入到国民经济和国防建设的各个领域。

半导体激光器具有其它激光器无法比拟的特性，比如：常见的激光器如He-Ne激光器，采用高压激发（约1500V），而半导体激光器采用3～5V的低电压激发，相比之下，半导体激光器的激励方式较为安全，并且效率比普通激光器高数十倍；在一些测量仪器中，选用半导体激光器照明，能满足单色性好，相干性好，光束准直，精度高等要求，在远距离通讯、激光雷达、数字信号的存储和恢复、激光测距、机器人、全息应用、医学诊断等方面都有广泛的应用。

但半导体激光器对工作条件要求苛刻，在不适当的工作或存放条件下，会造成性能的急剧恶化乃至失效。

所以，使激光器正常工作的激光器驱动电源就显得尤为重要。

因而在实际应用中对激光器驱动器的性能有着很高的要求。

半导体激光器（LD）具有体积小、重量轻、转换效率高、工作寿命长等优点，在工业、军事、医疗等领域得到了广泛应用。

LD是以电流注入作为激励方式的一种激光器，其使用寿命、工作特性在很大程度上取决于所用驱动电源的性能好坏。

半导体激光器本身的性质决定其抗浪涌冲击能力差，这就要求驱动电源的稳定度高，浪涌冲击小，因此驱动电源中需要各种保护电路以满足实际要求。

通常用慢启动电路、TVS（瞬态抑制器）吸收电路、限流电路等来防止浪涌冲击及电流过大。

但大功率半导体激光器的工作电流较大，并且半导体激光器比较脆弱，传统的慢启动电路、TVS 吸收电路不能很好地满足实际要求。

1 半导体激光器驱动器的理论分析半导体激光器的应用广泛，因而其相应的驱动技术也显得越来越重要。

半导体激光器的驱动技术通常采用恒电流驱动方式，在此工作方式中，通过电学反馈控制回路，直接提供驱动电流电平的有效控制，由此获得最低的电流偏差和最高LD（Laser Diode）输出的稳定性。

整体的设计思想是运用负反馈原理稳定输出电流，由此获得最低的电流偏差和最高的电流输出稳定性。

《计算材料学》课程设计指导老师：江建军教授电子科学与技术系2004年6月单模半导体激光器的大信号等效电路模拟刘振一李敬兵李一安付本涛王赛军张翎易飞李鹏赵亮刘磊陈扬喻晶( 华中科技大学电子科学与技术系0110班武汉 430074 )摘要：本文介绍了单模半导体激光器的大信号等效电路模型，利用PSPICE中的网单文件描述方式实现了对该模型的模拟，并对其直流稳态特性及大信号调制特性进行了分析。

关键词： 单模半导体激光器 大信号等效电路模型 PSPICE模拟 Large-Signal Equivalent Circuit Model For Simulation OfSingle-Mode Semiconductor Laser DiodeAbstract: This paper describes the large-signal equivalent circuit model of single-mode semiconductor laser diode. The model is implemented using net-list in PSPICE. Its direct current characteristics and large signal response characteristics are analyzed.Keywords:S ingle-mode semiconductor laser diode, Large-signal equivalent circuit model, PSPICE simulation一 引言随着集成光电子学的发展，现代光纤通信对半导体激光器的各种性能要求越来越高。

这就导致了激光器的设计者通过各种计算机辅助设计软件来对其电路进行模拟，从而在不同情况下对其性能进行分析。

电路模拟的前提是建立能反应光电子器件的性能,并可以用等效的线性和非线性电路元件进行模拟的模型。

半导体激光器的研究半导体激光器是近年来应用非常广泛的一种激光器。

在本实验中我们将对半导体激光器的主要发光器件——激光二极管（LD）进行全面的实验研究。

【实验内容】1．激光二极管（LD）的伏安特性测量。

2．LD的发光强度与电流的关系曲线测量。

3*．LD发光光谱分布测量。

4*．LD发光偏振特性分析。

【实验仪器】激光二极管，电压表，电流表，激光功率计，分光计，格兰—泰勒棱镜等阅读材料半导体激光器件按照半导体器件功能的基本结构可分为：注入复合发光，即电—光转换；光引起电动势效应，即光—电变换。

这里主要讨论前者。

半导体激光光源是半导体激光器发射的激光。

它是以半导体材料作为激光工作物质的一类激光器，亦称激光二极管，英文缩写为LD。

与其相对应的非相干发光二极管，英文缩写为LED。

它具有工作电压低、体积小、效率高、寿命长、结构简单、价格便宜以及可以高速工作等一系列优点。

可采用简单的电流注入方式来泵浦，其工作电压和电流与集成电路兼容，因而有可能与之单片集成；并且还可用高达吉赫(109 Hz)的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。

由于这些优点，LD在激光通信、光纤通信、光存储、光陀螺、激光打印、光盘录放、测距、制导、引信以及光雷达等方面已经获得了广泛应用，大功率LD 可用于医疗、加工和作为固体激光器的泵浦源等。

半导体激光器自1962年问世以来，发展极为迅速。

特别是进入20世纪80年代，借用微电子学制作技术(称为外延技术)，现已大量生产半导体激光器。

以半导体LD条和LD堆为代表的高功率半导体激光器品种繁多，应有尽有。

1 概述1）半导体激光器的分类从半导体激光器的发射的激光看，可分为半导体结型二极管注入式激光器和垂直腔表面发射半导体激光器两种类型；而从结型看，又可分为同质结和异质结两类；从制造工艺看，又可为一般半导体激光器、分布反馈式半导体激光器和量子阱半导体激光器激光器；另外，为了提高半导体激光器的输出功率，增大有源区，将其做成列阵式，又可分为单元列阵、一维线列阵、二维面阵等。

半导体激光器调研报告
涉及的内容有：
一、研究背景及意义
半导体激光器是一种基于半导体复合结构的激光器，是一种具有高功率、高效率、高可靠性的激光源，大大提高了光源的性能。

半导体激光器
的研究对于推动新一代光技术和材料的发展具有重要意义，对提升人们生
活水平和发展社会经济有重要意义。

二、半导体激光器结构特点
半导体激光器有两种结构类型：带金属接触的半导体复合结构和晶体
材料复合结构。

带金属接触的半导体复合结构由两种不同类型的半导体，
即P型半导体和N型半导体构成，在这两种半导体之间插入金属接触器
（也称为金属接头），形成带金属接触的半导体复合结构。

晶体材料复合
结构是把一种半导体和一种晶体材料复合起来，其结构仅由两种材料构成，与前一种带金属接触的复合结构相对。

三、半导体激光器工作原理。

毕业论文（设计）题目学院学院专业学生姓名学号年级级指导教师教务处制表二〇一三年三月二十日光电子技术科学毕业论文题目本团队专业从事论文写作与论文发表服务，擅长案例分析、仿真编程、数据统计、图表绘制以及相关理论分析等。

光电子技术科学毕业论文题目：蒙脱石负载纳米铁颗粒去除水中硝基苯和六价铬的研究一步法制备与表征多重纳米复合物及其电化学性质研究一维硫化镉纳米线阵列的制备及其特性污水污泥含氮模型化合物的构建及热解过程中氮转化途径研究HPA/Pt/PAMAM复合膜的制备、表征及电催化性能皮蛋表面斑点成分分析与控制方法的研究大气压非平衡等离子体沉积类二氧化硅薄膜研究共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究聚合物基光波导光纤耦合及封装研究含层状硅酸盐磨损自修复剂的减磨性能研究前驱体的化学结构对炭膜微结构及气体渗透性能的影响聚酰亚胺基低温热解炭膜的制备及性能研究集群磁流变效应超光滑抛光加工过程研究磁控溅射SiGe薄膜的制备工艺及性能研究脉冲式半导体激光器驱动源的设计含氟苯丙聚合物基纳米TiO_2复合材料的制备及性能研究稀土氧化物碳烟燃烧催化剂活性氧的研究基于计算机视觉的零件加工检测系统研究热镀锌层表面镧盐转化膜的研究四丁基溴化铵溶液中锌的缓蚀研究MoO_3/SiO_2的改性对其氧化脱硫活性的影响一维光子晶体带隙结构数值方法的研究缺陷对双层石墨烯电子结构与力学性能的影响ZnMn_2O_4纳米棒的制备、表征及其光催化行为研究氮化镓纳米线机械性能的模拟研究原位液相反应制备WCoB三元硼化物金属陶瓷及其性能研究硫化镉量子点增敏鲁米诺化学发光体系的研究与应用Bi、N共掺杂TiO_2的制备及性能的研究高压氢处理对ZnO薄膜性能的影响及SiC衬底GaN基LED的制备微波反应法环境友好地制备钯基低铂非铂燃料电池催化剂研究氢酶碳纳米管分子聚集体材料的制备及其性能表征硅光子线阵列波导光栅（AWG）器件的研究半导体激光器和光探测器等效电路模型研究光探测器等效电路模型的建立与参数提取钯纳米晶的自组织生长及其电荷存储效应的研究钛酸钡辐射损伤的计算机模拟研究Au/ZrO_2模型催化剂界面及其热稳定性的光电子能谱研究RE/Ni_3V_2O_8的制备表征及丙烷氧化脱氢制丙烯催化性能的研究FePC在Ag（110）基底上吸附能级及结构的研究冠形盖切边聚硅氧烷防锈油的制备及防锈性能研究贵金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振特性研究等离子体抛光机理的研究典型含氮螯合树脂对铜镍钴的分离特性中等嗜热浸矿细菌在黄铁矿表面的吸附规律高分子燃料电池<a href="mailto:PdSn@Pt/C">PdSn@Pt/C</a>、Pt/Ag-C电催化剂制备与研究X光分幅相机结构优化及其增益机理研究武汉&middot;中国光谷高技术产业竞争力研究太赫兹时域光谱技术研究及应用单折射棱镜全息制作光子晶体及聚合物电光调制器的研究Si基和玻璃基片上的缓冲层对ZnO薄膜特性的影响。

量子阱半导体激光器的模拟研究分析孙涛章双玉陈小霞熊廷文文晋吾刘波吴国阳朱善林郭旭( 华中科技大学电子科学与技术系003班武汉430074 )Simulation of Single Quantum Well Laser DiodeSun Tao Zhang Shuang-yu Chen Xiao-xia Xiong Ting-wen Wen Jing-wu Liu Bo Wu Guo-yang Zhu Shan-lin Guo Xu (Dept of Electronics of Science & Technology, Hua Zhong Univ. of Science &Technology, Wuhan 430074, P.R.China )Abstract: The principle of single quantum well laser diode（SQW－LD）was reviewed．Discussion was given on the functionality of the gate－way state（quasi-2 dimensional state）which was introduced to describe the transportation of carriers and photons between the separated confinement heterostructure (SCH) and the quantum well．A relative complete set of the equations was presented through a equivalent circuit model ．By means of simulink，which is a functional module of Matlab，a mathematical model for digital analysis of SQW－LD was proposed．The Model i s easy to use．It provides with the advantages of short computation time，real-time supervision and control，convenience for parameter modification．It was used to simulate the opto－electronic behaviors of SQW－LD，such as carrier/photon establishment under step drive current，optical power-drive current relationship，and frequency response to small signal modulation．The results are in good agreement with the reported data．The model can be used for the purpose of device technique improvement and for automatic design and performance simulation of optical fiber networks.Key words: Super lattice Quantum well Single quantum well laser diode (SQW－LD) rate equation Simulation摘要：分析了单量子阱激光器（SQW－LD）工作原理．阐述了载流子和光子在器件内部运动过程中，分别限制异质结构和量子陕之间引入过渡态（准二维态）的作用及必要性．在此基础上，通过量子阱激光器的等效电路模型，给出了完整的速率方程．使用simulink软件建立了SQW－LD的数值分析模型．对SQW－LD在阶跃驱动电流作用下载流子和光子浓度的建立过程、输出光功率与驱动电流之间的关系、小信号调制时的频率响应特性等进行了数值模拟分析．文中提出的数学模型及分析结果可用于量子阱激光器的工艺完善和制作、光纤通信网络的模拟设计和分析．关键词．超晶格量子阱单量子阱激光器速率方程模拟分析一．引言超晶格是一种新型结构的半导体化合物，它是由两种极薄的不同材料的半导体单晶薄膜周期性地交替生长的多层异质结构，每层薄膜一般含几个以至几十个原子层，由于这种特殊结构．半导体超晶格中的电子或空穴能量将出现新的量子化现象，以致产生许多新的物理性质。

行波半导体激光放大器电路模型
陈维友;汪爱军;张冶金;刘彩霞;刘式墉
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】2001(22)3
【摘要】采用激光器多模速率方程 ,经过适当的数学处理 ,得到行波半导体激光放大器电路模型 .利用这个模型并借助通用电路模拟器 ,如 PSPICE,不仅可以模拟单个放大器的性能 ,而且可以模拟含有行波放大器的单片或混合OEIC.通过和已报道实验结果相比较。

【总页数】5页(P373-377)
【关键词】行波放大器;电路模型;计算机辅助分析;半导体激光器
【作者】陈维友;汪爱军;张冶金;刘彩霞;刘式墉
【作者单位】吉林大学电子工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4;TN722
【相关文献】
1.利用行波半导体激光放大器对编码脉冲进行动态放大 [J], 郑赣湘
2.行波半导体激光放大器 [J], 黄德修
3.基于行波激光二极管放大器全光增益调制的超高速PLL—型时钟复电路 [J], 杨成;黄鹏
4.半导体激光器电路模型和硬件描述语言模型 [J], 朱国桢;毛陆虹
5.高效减反射膜——由半导体激光器向行波式放大器转变的关键 [J], 陈建国;李大义;卢玉村;潘大任
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第9卷第21期 2009年11月1671 1819(200921 6532 04科学技术与工程Science T echno logy and Eng i neeringV o l9 N o 21 N ov .2009 2009 Sci T ech Engng通信技术半导体激光器驱动电路设计何成林(中国空空导弹研究院,洛阳471009摘要半导体激光驱动电路是激光引信的重要组成部分。

根据半导体激光器特点,指出设计驱动电路时应当注意的问题,并设计了一款低功耗、小体积的驱动电路。

通过仿真和试验证明该电路能够满足设计需求,对类似电路设计有很好的借鉴作用。

关键词激光引信半导体激光器窄脉冲中图法分类号 TN 242; 文献标志码A2009年7月14日收到作者简介:何成林(1982 ,男,湖北利川人,助理工程师,硕士,研究方向:激光引信技术,Emai:*******************。

激光引信大部分采用主动探测式引信,主要由发射系统和接收系统组成。

发射系统产生一定频率和能量的激光向弹轴周围辐射红外激光能量,而接收系统接收处理探测目标漫反射返回的激光信号,而后通过信号处理系统,最终给出满足最佳引爆输出信号。

由此可见,激光引信的探测识别性能很大程度上取决于激光发射系统的总体性能,即发射激光脉冲质量。

而光脉冲质量取决于激光器脉冲驱动电路的质量。

因此,半导体激光器驱动电路设计是激光引信探测中十分重要的关键技术。

1 脉冲半导体激光器驱动电路模型分析激光器驱动电路一般由时序产生电路、激励脉冲产生电路、开关器件和充电元件几个部分组成,如图1。

图1中,时序产生电路生成驱动所需时序信号,一般为周期信号。

脉冲产生电路以时序信号为输入条件。

根据其上升或下降沿生成能够打开开关器件的正激励脉冲或负激励脉冲。

开关器件大体有三种选择:双极型高频大功率晶体管、晶体闸流管电路和场效应管。

当激励脉冲到来时,开关器件导通,充电元件通过开关器件和激光器构成的回路图1 驱动电路模型放电,从而达到驱动激光器的目的。

半导体激光器件研究报告半导体激光器件研究报告一、研究背景半导体激光器件是一种利用半导体材料产生激光的器件，其具有小体积、高效率、低成本等优点，因此在光通信、光存储、激光医疗等领域有广泛应用。

随着光通信领域的快速发展，对半导体激光器件的需求也日益增加，因此对半导体激光器件的研究变得尤为重要。

二、研究目的本研究旨在通过对半导体激光器件的研究，提高其性能并探索新的应用领域。

具体目标包括：1. 研究各类半导体材料的激光器件制备方法，探索制备工艺的优化。

2. 提高半导体激光器件的光电转换效率，降低能量损耗。

3. 针对特定应用场景，设计新型的半导体激光器件结构，提高其功率输出和稳定性。

4. 综合考虑半导体激光器件的电性能、光学性能和热性能，优化器件的整体性能。

5. 探索半导体激光器件在光通信、光存储、激光医疗等领域的应用。

三、研究方法本研究将采用实验室研究与理论分析相结合的方法，具体包括：1. 实验室研究：通过搭建半导体激光器件制备实验平台，研究不同材料的激光器件制备方法，并对制备工艺进行优化。

同时，通过实验测试，评估不同器件的性能。

2. 理论分析：通过理论模拟和数值计算，分析半导体激光器件的光学特性、电学特性和热学特性，优化器件的设计与结构。

3. 综合分析：将实验结果与理论分析相结合，对半导体激光器件进行综合分析和评价。

四、研究预期成果通过本研究，我们预期能够获得以下成果：1. 对不同材料的半导体激光器件制备方法进行研究，探索制备工艺的优化方案。

2. 提高半导体激光器件的光电转换效率，降低能量损耗。

3. 设计新型的半导体激光器件结构，提高器件的功率输出和稳定性。

4. 优化器件的电性能、光学性能和热性能，提高整体性能。

5. 探索半导体激光器件在光通信、光存储、激光医疗等领域的应用。

以上为半导体激光器件研究报告的基本内容，具体研究细节将根据实际情况进行调整和补充。

半导体激光器驱动电路的研究与设计袁林成;蒋书波;宋相龙;陆志峰【摘要】The design of semiconductor laser driving circuit is an important technology to decide the stability of semiconductor laser system,and it has an important impact on the output characteristics of the laser.The variation of injection current will cause the laser emission frequencyvariation,eventually lead to jump mode or multi-mode op⁃eration. In order to ensure the quality of the laser output of semiconductor laser,a high performance laser driving cir⁃cuit is studied and designed,this driving circuit includs power supply circuit,constant current sourcecircuit,protec⁃tion circuit and time delay buffer circuit four parts;C is simulated by software Multisim. The actual circuit results compares withthe exploited result map,finally the application of photon counter to test the laser output intensity fluctuation is defined in the 200 kilo-count/s to 400 kilo-count/s range,stability and has a high precision,the experi⁃mental results show that the sufficient stability and high precision satisfy the follow-up experiment.%半导体激光器驱动电路的设计是决定半导体激光器系统稳定性的重要技术，对于激光器输出特性有重要影响。

TO封装半导体激光器结构设计摘要TO封装技术,其实就是指Transistor Outline 或者Through-hole封装技术,也就是全封闭式封装技术。

是现在在应用中上比较常用的微电子器件的封装方式。

TO封装的相对于其他的封装技术,他的长处在于在于寄生参数比较小,而且成本很低,工艺也相对来说简单,使用起来更加的灵活方便,所以这种封装器经常用于低频率以下LD,还有LED以及光接收器件和组件的封装。

而且其内部容量很小,只有四根引线,是不能安装半导体致冷器的。

这些年来,随着激光器阈值的降低,对于许多的类似迎用,例如短距离通信以及背板之间的连接,以致冷TO封装激光器获得了及其全面的应用。

在封装成本上拥有着极大优势的由于TO封装,以及人们对封装技术的大量研究,TO封装激光器的速率已经高达10Gb/s,近年来高速TO形式封装激光器越来越受到人们的青睐。

在TO 封装半导体激光器中，采用高热导率过渡热沉与热沉组合的结构，可有效增强 TO 封装半导体激光器的散热特性，尤其是采用双热沉结构，更可将激光器芯片工作产生的热量通过N 边和P 边同时导向基座，进而更为有效地增强TO 封装的半导体激光器的散热能力，大幅度地去降低激光器有源区的节温，尽量减小激光器的热阻，从而延长半导体激光器的使用寿命。

关键词：TO封装，半导体激光器，光电子器件The Structure Design of TO Packaging theSemiconductor LaserABSTRACTTO packaging technology, is refers TO the Transistor Outline or Through - hole encapsulation technology, which is fully enclosed packaging technology. Is now in the application of microelectronic devices that are widely used in the packaging. TO encapsulate the relative TO other packaging technology, hisstrength is that lies in the parasitic parameters are small, and the cost is low, technology is relatively simple, use rise more convenient, so this wrapper is often used for low frequency under the LD, and leds and the light receiving device and component encapsulation. And its internal capacity is very small, only four lead, can't be installed semiconductor refrigerator. Over the years, with the reduction of laser threshold for many similar applications, such as the short distance communication and the connection between the back, with out cooling TO encapsulate laser and its comprehensive application. Has a great advantage in packaging costs due TO packaging, as well as a number of studies of encapsulation technology people, TO encapsulate laser rate is as high as 10 gb/s, in recent years high speed TO form enclosed laser more and more get the favour of people.In TO encapsulate semiconductor lasers, transitional heat sink with high heat conductivity and heat sink combination structure, which can effectively enhance the TO encapsulate the cooling characteristics of semiconductor laser, especially with double heat sink structure, but also will work the heat generated by the laser chip by N and P while at the same time guide base, thus more effectively enhance the TO encapsulate semiconductor laser cooling capacity, significantly reduce the laser active OuDeJie temperature, reduce the laser thermal resistance, extend the service life of semiconductor laser.Key words: TO packaging ，Semiconductor laser，Optoelectronic devices目录第一章发展状况及意义............................................................................................. 错误!未定义书签。

半导体激光器等效电路模型研究的开题报告
一、研究背景
半导体激光器是一种新型的电光转换器件，具有广泛的应用前景。

然而，半导体激光器的模型研究一直以来都受到限制，因为激光器具有复杂的电光特性，例如非线性和噪声等，因此需要一种有效的等效电路模型来描述其特性。

二、研究目的
本研究旨在提出一种精确的半导体激光器等效电路模型，以便更好地理解激光器的电光特性。

三、研究内容
1. 分析半导体激光器的电光特性，例如电流-电压关系、阈值电流、光输出功率等。

2. 根据半导体激光器的物理特性，提出一种合适的等效电路模型，包括电流源、电容器、电感器、电阻器等元件。

3. 利用数值模拟方法，对所提出的等效电路模型进行验证，比较其预测结果与实际测量结果的吻合程度。

4. 根据研究结果，提出进一步优化等效电路模型的建议，以便更好地描述半导体激光器的电光特性。

四、研究意义
半导体激光器是一种重要的光电转换器件，在通信、医疗、环境监测等领域都有广泛的应用。

其电光特性是影响其性能的关键因素之一。

因此，本研究提出的等效电路模型对于设计和优化半导体激光器具有重要意义。

五、研究方法
本研究将采用数值模拟方法，使用MATLAB等工具进行建模和仿真。

六、预期结果
本研究预计能够提出一种精确的半导体激光器等效电路模型，以便更好地描述其电光特性。

同时，研究结果还将有助于深入理解半导体激光器的工作原理和性能特点，为相关技术的研究和应用提供参考。

第37卷第1期2014年2月电子器件Chinese Journal of Electron DevicesVol.37　No.1Feb.2014项目来源:上海市闵行区人才发展专项资金项目收稿日期:2013-04-11 修改日期:2013-04-26Large Signal Verification of an Improved Circuit Model for Semiconductor Lasers *TIAN Xuenong 1,GAO Jianjun 2*(1.College of Electronic and Information Engineering ,Suzhou University of Science and Technology ,Suzhou Jiangsu 215009,China ;2.School of Information Science and Technology ,East China Normal University ,Shanghai 200241,China )Abstract :An implementation of an improved circuit model of semiconductor lasers which can model the reflection coefficient more accurately is presented and the comparison between the improved model and the conventional counterpart is made.The SDD (Symbolic Defined Devices )component in ADS (Advanced Design Systems )is used and the transformation of the rate equations is taken to improve the convergence of the model.The reflection coefficient of the lasers is simulated with the model under different bias conditions and is compared with the experimental results.The accuracy of the improved model is first time verified in large signal simulation.Key words :circuit model ;semiconductor lasers ;rate equations ;convergence EEACC :6140 doi :10.3969/j.issn.1005-9490.2014.01.014半导体激光器改进电路模型的大信号验证*田学农1,高建军2*(1.苏州科技学院电子与信息工程学院,江苏苏州215009;2.华东师范大学信息科学技术学院,上海200241)摘　要:实现了一种可以对于反射系数进行精确建模的半导体激光器电路模型并且与传统模型进行了比较㊂在ADS(Advanced Design Systems )中使用了SDD (Symbolic Defined Devices )器件实现,对于速率方程进行了变形以改进模型的收敛性,该模型可用于大信号仿真㊂对于不同偏置条件下的半导体激光器的反射系数进行了仿真并且和测量结果进行了对比㊂首次在大信号仿真中验证了改进模型的精确性㊂关键词:电路模型;半导体激光器;速率方程;收敛性中图分类号:TN248.4 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2014)01-0055-04 Modeling of semiconductor lasers is crucial for thedesigners of opto⁃electrical systems such as radio over fiber links [1-3].Various circuit models for semiconductor lasers have been proposed to reflect the characteristics of lasers in the simulation.Although the models proposed so far can meet the requirements to some extent in the engineering design ,they are always only valid under some constraint conditions and always have errors with the measurement results.The development of more accurate and comprehensive model is necessary [4-6].Some earlier models for semiconductor lasers have errors for reflection coefficient of semiconductor lasers in low frequency domain with the measurement results.Prof.Gao Jianjun proposed a new model which introduce a diode at the input port of lasers and the optical part and electrical part of the model is separated [7].Using Gao ’s model the simulation resultsof the reflection coefficient at low frequency domain agree better with the measurement results than conventional models.However ,that model is only verified with small signal circuit model of lasers and the large signal simulation with Tucker ’s circuit model of the laser is not converged at some bias currents.In this paper we verified Gao ’s idea with a SDD (Symbolic Defined Devices )based model in ADS (AdvancedDesign Systems ).The convergence of the model is more robust and it can accurately simulate the low frequency reflection coefficient of semiconductor lasers in large signal simulation.1　Model DevelopmentThe improved model proposed by Gao is shown in pared with conventional models for semiconductor lasers ,an independent Schockley diode电　子　器　件第37卷D Sc and a current source I IN are added.The diode D Sc is used to simulate the input electrical characteristic.I IN is the current injected into the active region of the lasers and is equal to the current passed through the diode D Sc .With this new model the electrical part and theFig.1　Improved model of semiconductor lasersThe modeling of intrinsic laser is based on the rateequations and is implemented using SDD component in ADS.To improve the convergence of the model ,the following transformation is taken for the rate equations.N =N e [exp (qV /ηkT )](1)S =ΓS n (m +δ)2(2)Where N is the carrier density ,S is the photon density ,V is the voltage across the laser ,ηis the diode ideality factor ,k is Boltzmann constant ,T is the laser ’s temperature ,N e is the equilibrium carrier density ,m is a new variable for the transformation ,δis a small constant to improve the convergence ,S n is the normalizationconstant ,and Гis the optical confinement factor.After the transformation ,the following equationsare obtainedd V d t =1N e (q /ηkT )exp (qV /ηkT ){I A V′-N e exp (qV /ηkT )τn-g 0[N e exp (qV /ηkT )-N om ]㊃[1-εΓS n (m +δ)2]㊃ΓS n (m +δ)2}(3)d m d t =12S ng 0[N e exp (qV/ηkT )-N om ][1-εΓS n (m +δ)2]㊃ΓS n (m +δ)-12τp (m +δ)+βτn ㊃N e exp (qv /ηkT )2S n(m +δ)(4)Where τn is the carrier recombination lifetime ,τpis the photo lifetime ,βis the spontaneous emission coupling coefficient ,εis the gain compression factor ,N om is the carrier transparency density ,I A is the current injectedinto the laser ,g 0is the gain coefficient.Equations (3)and (4)are written into the SDDcomponent of ADS as shown in Fig.2.Fig.2　SDD implementation of the intrinsic semiconductor lasers2　Simulation ResultsThe simulation setup is shown is Fig.3.The DC ,AC characteristics and S parameters of the lasers can be simulated with the setup.Using the proposed modelabove ,theinputcharacteristics of a laser is simulated and analyzed inADS.The intrinsic and parasitic parameters of the lasersI -V65　第1期田学农,高建军:半导体激光器改进电路模型的大信号验证performance of the input port of the laser is shown in Fig.4.Fig.4　Measued and simulated I -V characteristicsFig.5compares the modeled and measured reflectioncoefficient for the laser in the frequency range 0.1GHz-30GHz under the bias current of 20mA.It can be found that the improved model is more accurate than the conventional models ,especially for the magnitude of theFig.5　Comparison of modeled and measuredreflection coefficient for the laserFig.6　Comparison of the reflection coefficient forthe laser at different bias conditionsFig.6shows the variation of the magnitude of thereflection coefficient of the laser with different biascurrents using the proposed model in this paper.It is shown that the magnitude of the reflection coefficient increases with the increasing of the bias currents.3　ConclusionsAn implementation of the laser model proposed byGao is realized using the SDD component in ADS.The convergence of the implementation is more robust thanconventional counterpart.Simulation results show thatthe model agrees well with the measured results and the reflection coefficient of the lasers in low frequency rangecanbemoreaccuratelysimulatedthanconventional models.It is the first published result of the large signal verification of Gao ’s model as weknow.The proposed implementation would be helpful for the characterization of the semiconductor lasers and the design of opto⁃electrical systems such as radio overfiber applications.AcknowledgementThis work was supported by the State KeyLaboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks ,Shanghai Jiao Tong University ,China.References :[1]　Nikos Pleros ,Konstantinos Vyrsokinos ,Kostas Tsagkaris ,et al.A 60GHz Radio⁃Over⁃Fiber Network Architecture for Seamless Communi⁃cation with High Mobility [J ].Journal of Lightwave Techology ,2009,27(12):1957-1967.[2]Joffray Guillory ,Eric Tanguy ,Anna Pizzinat ,et al.A 60GHz Wireless Home Area Network with Radio over Fiber Repeaters [J ].Journal of Lightwave Technology ,2011,29(16):2482-2488.[3]Yu Xianbin ,Timothy Braidwood Gibbon ,Idelfonso Tafur Monroy.BidirectionalRadio⁃Over⁃FiberSytemwithPhase⁃ModulationDownlink and RF Oscillator⁃Free Uplink Using a Reflective SOA [J ].IEEE Photonics Technology Letters ,2008,20(24):2180-2182.[4]Rodney S Tucker ,David J Pope.Microwave Circuit Models of Semi⁃conductor Injection Lasers [C ]//IEEE Trans Microwave Theory and Technology ,1983,MTT-31(3):289-294.[5]MohammadHasanYavari ,VahidAhmadi.Circuit⁃LevelImplementation of Semiconductor Self⁃Assembled Quantum Dot Laser [C ]//IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics ,2009,15(3):774-779.[6]Gao Jianjun.High Frequency Modeling and Parameter Extraction for Vertical⁃Cavity Surface Emitting Lasers [J ].Journal of Lightwave Technology ,2012,30(11):1757-1763.[7]Gao Jianjun.Microwave Modeling and Parameter Extraction Method for Quantum⁃Well Lasers [J ].Journal of Lightwave Technology ,75电　子　器　件第37卷2008,26(14):2245-2250.[8]Way W rge Signal Nonlinear Distortion Prediction for a Single⁃Mode Laser Diode under Microwave Intensity Modulation[J]. Journal of Lightwave Technology,1987,LT-5(3):305-315.Tian Xuenong(1974-),male,was born inGansu province,China.He received thePh.D.degree in Southeast University in2010.He is currently a lecturer of Univer⁃sity of Science and Technology of Suzhou.His research interests include modeling ofsemiconductor lasers and designing ofanalog and RF integrated circuits;Gao Jianjun(1968-),male,was born inHebei province.He received the B.Eng.and Ph.D.degrees from the TsinghuaUniversity,in1991and1999,respectively,and M.Eng.Degree from Hebei semicon⁃ductor research institute,in1994.Since2007,he has been a Full professor ofschool of information science and techno⁃logy,East China Normal University,Shanghai,China.He authoredRF and Microwave Modeling and Measurement Techniques forField Effect Transistors(SciTech Publishing,2009)and Optoele⁃ctronic Integrated Circuit Design and Device Modeling(Wiley,2010).His main areas of research are characterization,modelingand on wafer measurement of microwave semiconductor devices,optoelectronics device and high⁃speed integrated circuit for radiofrequency and optical communication.85。

单模半导体激光器等效电路模型
高建军;梁成
【期刊名称】《半导体情报》
【年(卷),期】1996(033)002
【摘要】介绍了单模半导体激光器的大信号、小信号及噪声等效电路模型，给出了确定模型参数的一般方法，并在ＰＳＰＩＣＥ中以电路宏模型的方式实现了激光器的大信号模型，对激光器小信号调频响应和大信号非线性失真特性进行了计算机时域模拟。

【总页数】5页(P22-26)
【作者】高建军;梁成
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.4
【相关文献】
1.半导体激光器与单模光纤对准平台运动误差分析 [J], 段吉安;赵文龙;郑煜;唐皓
2.光谱稳定的低功耗980 nm单模泵浦源半导体激光器 [J], 李辉;都继瑶;曲轶;张晶;李再金;刘国军
3.半导体激光器大信号等效电路模型的参数提取 [J], 任新根;徐国萍;董天临
4.包含寄生参数的大功率半导体激光器等效电路模型 [J], 刘谈平;王召巴
5.单模半导体激光器的光学注入锁定研究 [J], 肖磊;吴建伟
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多模半导体激光器电路模型
陈维友;刘式墉
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】1996(24)2
【摘要】本文从多模半导体激光器速率方程出发，在假定光谱分布具有高斯形式的前提下，得到一个简单的多模半导体激光器电路模型，该模型对于进行光电集成回路计算机辅助分析尤为适用，可加入到现有电路模拟软件中，亦可在开发新软件中采用。

作为模拟实例，用该模型模拟了一种双泡槽隐埋异质结（ＴＢＨ）结构激光器，模拟结果和已报导的实验结果很接近，并分析了该种激光器阈值电流和发射光谱对腔长的依赖关系。

【总页数】1页(P11)
【作者】陈维友;刘式墉
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.401
【相关文献】
1.半导体激光器改进电路模型的大信号验证 [J], 田学农;高建军
2.包含寄生参数的大功率半导体激光器等效电路模型 [J], 刘谈平;王召巴
3.有光反馈的半导体激光器大信号SPICE电路模型 [J], 姜升萍;邵秋佳
4.半导体激光器电路模型在ADS中的实现 [J], 张浩民;李锦龙;汪学荣
5.具有内部相移的分布反馈半导体激光器电路模型 [J], 陈维友;刘式墉
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