我們演示了28Gb /s NRZ-OOK在無DCF鏈路上傳輸長達10公里瘦麸，使用單片VCSEL谁撼，直接檢測和基于mlse的接收器進行低成本，短距離互連瞎暑。在性能優(yōu)化方面也研究了DSP的復雜性彤敛。
采用1530nm vcsel,直接檢測和MLSE接收機實現(xiàn)光互連的28Gb/s NRZ-OOK
隨著我們進入百萬兆時代勿她，數(shù)據(jù)中心和高性能計算系統(tǒng)等系統(tǒng)需要高帶寬袄秩、低成本和節(jié)能的支持技術(shù)來服務于它們大規(guī)模的機架內(nèi)和機架間連接》瓴ⅲ考慮到這種對容量日益增長的需求之剧，光學是在Gb/s數(shù)據(jù)速率下超過幾米的互連中有前途的解決方案。為此砍聊，直接調(diào)制的垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSELs）與單模光纖（SMFs）結(jié)合是很有希望的候選者背稼。1550納米VCSELs和SMF傳輸?shù)男逻M展包括使用相干檢測在400公里以上傳輸25 GBd偏振分復用（PDM） 4級脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號和使用直接檢測（DD）在4.2公里以上傳輸25 gb /s NRZOOK信號。為了實現(xiàn)比目前報道的更簡單玻蝌、更環(huán)保蟹肘、更具成本效益的發(fā)射器和接收器實現(xiàn)，并擴大覆蓋范圍和對色散（CD）的容忍俯树，在本文中帘腹，我們報告了28Gb /s NRZ-OOK信號的產(chǎn)生和傳輸超過10公里，而在鏈路中不使用任何色散補償光纖（DCF）许饿，使用單片1530納米VCSEL阳欲。直接檢測和基于高性能Max似然序列估計（MLSE）的接收器來補償累積的CD。結(jié)果表明，我們提出的解決方案具有實現(xiàn)經(jīng)濟高效且節(jié)能的波分復用（WDM） 100 Gb/s（即4λ×28 Gb/s）數(shù)據(jù)中心內(nèi)部連接（長達2公里）的潛力球化。以及數(shù)據(jù)中心互連和城域網(wǎng)絡（長達10公里）秽晚，利用節(jié)能的VCSELs技術(shù)和廉價的直接檢測。
實驗裝置
用于性能評估的實驗裝置如圖1(a)所示赊窥。在發(fā)送端產(chǎn)生28Gb /s的PRBS爆惧。產(chǎn)生的電信號具有峰對峰振幅Vpp = 900 mV狸页，并被饋送到偏置T中锨能，以便直接調(diào)制1530 nm的VCSEL。VCSEL使用11ma的驅(qū)動電流進行偏置芍耘。VCSEL輸出光消比為8.08 dB址遇。實驗中使用的長波VCSEL是基于InP材料體系的多量子阱激光器。該器件設計的核心是采用再生n摻雜InP材料的光刻定義的埋藏隧道結(jié)（BTJ）斋竞。這種結(jié)構(gòu)提供了電約束倔约，減少了熱量的產(chǎn)生，在高溫下實現(xiàn)了出色的直流和射頻性能坝初。這種激光器使用兩個介電DBR反射鏡浸剩，而不是在VCSELs中傳統(tǒng)使用的半導體反射鏡。介質(zhì)材料之間的大折射率差使得實現(xiàn)具有高反射率的極薄dbr成為可能鳄袍。隨后绢要，激光器具有非常短的諧振腔，約為2.5μm拗小。這種短腔設計重罪，加上對外延結(jié)構(gòu)、臺面尺寸和鍵合板電容等性能的精心優(yōu)化哀九，有助于Max限度地提高高達18 GHz的射頻性能剿配。結(jié)合低閾值電流，器件能夠以28 Gb/s或更高的速率直接調(diào)制阅束。VCSEL輸出處的光學眼圖如圖1 (b)所示呼胚。接下來，28gb /s NRZ-OOK信號通過標準單模光纖（SMF）的幾個線軸發(fā)射息裸，即超過1公里蝇更，2公里，5公里和10公里的SMF界牡。
注意簿寂，鏈接中沒有使用DCF。分別傳輸1公里宿亡、2公里常遂、5公里和10公里后，每個光纖線軸輸出處的光學眼圖如圖2 (c)-(f)所示挽荠。我們可以觀察到克胳，由于CD誘導的啁啾激光信號的相位到幅度轉(zhuǎn)換平绩，在傳輸?shù)?公里后，眼睛的開口明顯減小漠另，并且在更遠的傳輸距離（5公里和10公里）時捏雌，眼睛圖的退化進一步增加。在接收端笆搓，使用可變光衰減器（VOA）改變接收的光功率性湿，信號在30GHz 3 db帶寬的光電二極管（PD）上檢測。光電二極管的輸出被送入50gs /s的實時示波器满败，數(shù)據(jù)被捕獲并由DSP離線處理肤频。在離線DSP中，信號首先被重新采樣到每個符號兩個采樣算墨，然后使用MLSE算法來均衡信道失真并解碼接收到的波形宵荒。基于接收到的信號净嘀，MLSE估計信道并決定可能發(fā)送到發(fā)射機的序列报咳。歐幾里得距離和每個符號兩個樣本用于分支度量的計算。BER估計超過200萬個符號挖藏。
圖1:(a)實驗設置暑刃；
(b)-(f)連續(xù)和超過1公里、2公里熬苍、5公里和10公里SMF的光學眼圖
結(jié)果與討論
為了評估系統(tǒng)性能稍走，BER測量作為接收光功率的函數(shù)在以下情況下進行：i)背靠背；以及ii)在傳輸超過1公里柴底、2公里婿脸、5公里和10公里的SMF后。結(jié)果如圖2(a)所示柄驻。正如我們所看到的狐树，在1公里和2公里無DCF鏈路上的傳輸可以實現(xiàn)1.25 dB和1.5 dB的靈敏度損失，與以10-3（假設FEC限制）為參考的背靠背情況相比鸿脓。此外抑钟，從圖2(a)中可以看出，在SMF傳輸超過5 km和10 km時野哭，傳輸性能分別比背對背傳輸降低了2.45 dB和4 dB （BER=10-3）在塔。使用16狀態(tài)MLSE得到圖2(a)所示的結(jié)果。接下來拨黔，我們研究了在5公里傳輸后蛔溃，采用4、8、16和64狀態(tài)MLSE的基于MLSE的接收器的復雜性的影響贺待。結(jié)果如圖2(b)所示徽曲。我們觀察到MLSE-16獲得了非常佳的性能。較簡單的方案如MLSE-4在BER=10-3時的性能差約0.5 dB麸塞，而MLSE-8在低輸入功率下的性能與MLSE-16相似秃臣，在輸入功率高于Pin=-16 dbm時性能略差。此外哪工，從圖2(b)中MLSE-64對應的曲線可以看出奥此，更高的MLSE復雜度并沒有導致顯著的誤碼率提高。zui后正勒，10公里傳輸情況下的MLSE復雜度結(jié)果如圖2 (c)所示得院。4狀態(tài)MLSE的性能是不可接受的，而選擇8狀態(tài)MLSE可以顯著提高誤碼率性能并降低誤差下限章贞。16態(tài)MLSE可以實現(xiàn)非常佳性能，而將復雜度增加到64或256態(tài)并不會帶來顯著的好處非洲，因為啁啾和色散會嚴重降低性能鸭限。
圖2 (a): i)背靠背情況下的誤碼率與接收光功率；傳輸后：1公里两踏、2公里败京、5公里和10公里的SMF。（條件：I = 11 mA, Vpp = 900 mV梦染， 16態(tài)MLSE補償CD）赡麦；
(b)、(c)分別為傳輸超過5公里和10公里后的誤碼率與接收光功率的比值帕识。（MLSE復雜度：4泛粹、8、16肮疗、64和256狀態(tài)的MLSE）
我們成功地演示了28Gb /s NRZ-OOK在10公里SMF鏈路上的傳輸晶姊，該鏈路通過直接檢測和基于MLSE的數(shù)據(jù)解碼實現(xiàn)，而無需在鏈路中使用色散補償光纖伪货。結(jié)果表明们衙，我們提出的設計可以成為一種潛在的技術(shù)，為數(shù)據(jù)中心和下一代100Gb /s短距離城域網(wǎng)實現(xiàn)低成本的WDM 100Gb /s（即4λ×28gb /s）光互連碱呼。
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