垂直腔麵發射激光器（VCSELs）在1.55um具有高調製帶寬和低衰減的低成本。與(yu) 其他直接調製激光器一樣，激光啁啾在高數據速率下限製了標準單模光纖中的鏈路長度，並且光纖色散會(hui) 導致誤碼率（BER）損失。這可以通過色散補償(chang) 光纖（DCFs）來克服。本文研究了單片生長的1.55umVCSELs利用DCF來增加可能的鏈路長度的調製性能。在10Gb/s的傳(chuan) 輸速率下進行了數據傳(chuan) 輸實驗，首次展示了該類型激光器色散相關(guan) 的誤碼率性能。
色散補償(chang) 光纖的1.55μmvcsel調製性能-高速特性與(yu) 數據傳(chuan) 輸實驗
高速特性
在芯片級驗證了小信號調製性能，如圖3所示。對不同偏置電流下VCSEL芯片的小信號頻率響應進行了測量。測量使用HP8510C矢量網絡分析儀(yi) 與(yu) 匹配校準的光電二極管。采用級聯微探針對芯片進行探測，並利用標定基板對芯片平麵進行標定。實線適用於(yu) 三極濾波函數，包括弛豫振蕩頻率、本征阻尼和寄生。曲線擬合允許提取調製電流效率因子和熱限製Max鬆弛振蕩頻率等幾個(ge) 固有參數。室溫時帶寬超過11GHz，85℃時帶寬降至8GHz，足以滿足10Gb/s的數據傳(chuan) 輸。
室溫下1.55um VCSEL的小信號頻率響應
實線適合於(yu) 三極濾波器函數
數據傳(chuan) 輸實驗
在直接調製速率為(wei) 10.3Gb/s、不歸零數據（偽(wei) 隨機比特序列（PRBS）模式長度）的情況下，通過可變長度的標準SMF的未放大傳(chuan) 輸鏈路，對VCSEL-TOSA的傳(chuan) 輸性能進行了評估。圖4為(wei) 室溫下背靠背記錄的眼圖（BTB）。睜著眼睛可以無差錯地傳(chuan) 輸高達10公裏的SMF和85攝氏度的數據。對於(yu) 更長的距離，則需要色散補償(chang) 。因此，我們(men) 評估了總色散為(wei) 706ps/nm、Max插入損耗為(wei) 2.8dB的DCF的影響。對總色散進行了調整，使其能夠補償(chang) 高達40公裏的SMF。為(wei) 了獲得非常佳的高速性能，這些VCSELs在其熱滾轉附近被驅動。因此，內(nei) 部溫度在整個(ge) 操作範圍內(nei) 是相同的。
圖4 VCSEL模塊BTB在10.3Gb/s，9mA偏置電流，25℃，231-1 PBRS，16mA峰對峰調製電流下的眼圖
因此，盡管由於(yu) 設置限製，實驗是在室溫下進行的，但對色散相關(guan) 的誤碼性能的研究也有望適用於(yu) 高達85℃的擴展散熱片溫度。使用實驗室環境的低噪聲接收器，評估了低至23dbm的無誤差接收功率。由於(yu) 基於(yu) VCSEL的通信解決(jue) 方案應該是廉價(jia) 的係統，因此我們(men) 有意使用來自商業(ye) 低成本通信模塊的誤碼率（BER）檢測器，該檢測器具有較高的本實驗噪聲，限製了傳(chuan) 輸長度。注意，實驗中沒有實現EDC和摻鉺光纖放大器。圖5顯示了幾種光纖組合的誤碼率測量結果。日誌含義(yi) 所有配置實現無錯誤操作，未檢測到錯誤層。對偏置和調製條件進行了微調，以獲得非常佳的誤碼率性能，實現了約6dB的消光比。
在室溫下，BERs直接調製1.55-um VCSEL的速率為(wei) 10Gb/s和各種光纖鏈路
對於(yu) 超過20km的鏈路，光纖在1.55um處的低衰減為(wei) 0.19dB/km，而不是在1.3um處的0.33dB/km，補償(chang) 了DCF的插入損耗。圖6顯示了10gb/s時城域光纖鏈路的總色散對1.55um直接調製VCSEL的誤碼率的影響。
圖6 城域範圍和10Gb /s光纖鏈路的BER懲罰與(yu) 總光纖色散
無DCF傳(chuan) 輸時的正色散值
相應的眼圖如插圖所示
對於(yu) 某些光纖色散，BER懲罰可以保持較低，甚至達到負值。相應的眼圖在記錄的數據點旁邊作為(wei) 插頁顯示。當色散在200ps/nm左右時，觀察到2.2dB的負色散懲罰。這種誤碼率懲罰功率的增益幾乎可以補償(chang) DCF的插入損耗。此外，通過這種分散管理，可以在更遠的距離上實現更高的比特率，如12.5Gb/s。
結論
在本文中，我們(men) 展示了我們(men) 新的1.55um VCSELs在帶有DCF模塊的TOSA封裝中的傳(chuan) 輸性能。如果選擇好的負鏈路色散，負BER懲罰甚至可以補償(chang) DCF的插入損失。我們(men) 研究了一種經濟有效的解決(jue) 方案，特別是如果一個(ge) DCF光纖由許多CWDM VCSELs共享，以增加鏈路長度和/或Max啁啾限製鏈路帶寬。因此，直接調製vcsel的無源光網絡在10-40公裏城域範圍內(nei) 的現有SMF鏈路上以10Gb/s（或可能12.5Gb/s）的速度運行是可行的。
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