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近年来，随着信息技术的进步，光网络的速率呈指数形式上升，光网络中的重要器件—光模块也向着高速率、低成本、小型化的方向发展。光模块的速率取决于其光发射次模块(TOSA)中激光器的速率及其封装结构引入的寄生参数。在光网络速率从10Gbit/s、40Gbit/s向着100Gbit/s发展的今天，对TOSA的低成本、小型化封装的研究有着重要意义。 本文主要围绕面发射激光器(VCSEL)型TOSA中高速VCSEL的等效电路模型建模与参数提取，TOSA封装结构的建模仿真及优化等方面进行了研究。主要内容如下: 1.分析了氧化限制型850nm高速VCSEL的高频特性。对VCSEL芯片结构进行了分析，依据其结构建立了等效电路模型;对VCSEL小信号测试系统的测量误差进行了分析并进行了校准与计算，测量并计算了VCSEL的小信号频率响应，其工作在7mA的-3dB带宽为18.77GHz;使用优化拟合的方法对等效电路模型参数进行了提取，并分析了等效电路模型中的敏感元件参数，讨论了器件结构的优化方案。 2.对现有TOSA结构的微波传输特性进行了仿真分析。建立了现有结构的三维电磁模型，仿真了小信号频率响应，其-3dB带宽为14.10GHz;建立了封装结构等效电路模型并提取了元件值;模拟了TOSA的差分输入散射参量，其-3dB带宽为8.96GHz;对TOSA的10Gbit/s眼图进行了仿真，验证了其传输特性。 3.基于现有同轴管座，设计了一种新型低成本TOSA封装结构以提升其小信号频率响应，对结构中的关键数值进行了优化设计，使得封装结构的-3dB带宽从14.10GHz提升至24.69GHz，通过眼图仿真验证了结构有效性;模拟了新型TOSA的小信号频率响应，其-3dB带宽从8.96GHz提升至13.80GHz，可以满足20Gbit/s速率传输，用20Gbit/s眼图仿真验证了其传输特性。