垂直腔面發(fā)射激光器（VCSELs）在1.55um具有高調(diào)制帶寬和低衰減的低成本哑姚。與其他直接調(diào)制激光器一樣，激光啁啾在高數(shù)據(jù)速率下限制了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中的鏈路長度芜茵，并且光纖色散會導(dǎo)致誤碼率（BER）損失叙量。這可以通過色散補(bǔ)償光纖（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(diào)制性能九串。在10Gb/s的傳輸速率下進(jìn)行了數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)宛乃，首次展示了該類型激光器色散相關(guān)的誤碼率性能。
色散補(bǔ)償光纖的1.55μmvcsel調(diào)制性能-高速特性與數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)
高速特性
在芯片級驗(yàn)證了小信號調(diào)制性能谆奥，如圖3所示。對不同偏置電流下VCSEL芯片的小信號頻率響應(yīng)進(jìn)行了測量拂玻。測量使用HP8510C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀與匹配校準(zhǔn)的光電二極管酸些。采用級聯(lián)微探針對芯片進(jìn)行探測，并利用標(biāo)定基板對芯片平面進(jìn)行標(biāo)定檐蚜。實(shí)線適用于三極濾波函數(shù)魄懂，包括弛豫振蕩頻率、本征阻尼和寄生闯第。曲線擬合允許提取調(diào)制電流效率因子和熱限制Max松弛振蕩頻率等幾個(gè)固有參數(shù)市栗。室溫時(shí)帶寬超過11GHz，85℃時(shí)帶寬降至8GHz咳短，足以滿足10Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸填帽。
室溫下1.55um VCSEL的小信號頻率響應(yīng)
實(shí)線適合于三極濾波器函數(shù)
數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)
在直接調(diào)制速率為10.3Gb/s、不歸零數(shù)據(jù)（偽隨機(jī)比特序列（PRBS）模式長度）的情況下咙好，通過可變長度的標(biāo)準(zhǔn)SMF的未放大傳輸鏈路篡腌，對VCSEL-TOSA的傳輸性能進(jìn)行了評估。圖4為室溫下背靠背記錄的眼圖（BTB）勾效。睜著眼睛可以無差錯(cuò)地傳輸高達(dá)10公里的SMF和85攝氏度的數(shù)據(jù)嘹悼。對于更長的距離叛甫，則需要色散補(bǔ)償。因此杨伙，我們評估了總色散為706ps/nm合溺、Max插入損耗為2.8dB的DCF的影響。對總色散進(jìn)行了調(diào)整缀台，使其能夠補(bǔ)償高達(dá)40公里的SMF棠赛。為了獲得非常佳的高速性能，這些VCSELs在其熱滾轉(zhuǎn)附近被驅(qū)動(dòng)膛腐。因此睛约，內(nèi)部溫度在整個(gè)操作范圍內(nèi)是相同的。
圖4 VCSEL模塊BTB在10.3Gb/s哲身，9mA偏置電流辩涝，25℃，231-1 PBRS勘天，16mA峰對峰調(diào)制電流下的眼圖
因此怔揩，盡管由于設(shè)置限制，實(shí)驗(yàn)是在室溫下進(jìn)行的脯丝，但對色散相關(guān)的誤碼性能的研究也有望適用于高達(dá)85℃的擴(kuò)展散熱片溫度商膊。使用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的低噪聲接收器，評估了低至23dbm的無誤差接收功率宠进。由于基于VCSEL的通信解決方案應(yīng)該是廉價(jià)的系統(tǒng)晕拆，因此我們有意使用來自商業(yè)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(shí)驗(yàn)噪聲材蹬，限制了傳輸長度实幕。注意，實(shí)驗(yàn)中沒有實(shí)現(xiàn)EDC和摻鉺光纖放大器堤器。圖5顯示了幾種光纖組合的誤碼率測量結(jié)果昆庇。日志含義所有配置實(shí)現(xiàn)無錯(cuò)誤操作，未檢測到錯(cuò)誤層闸溃。對偏置和調(diào)制條件進(jìn)行了微調(diào)整吆，以獲得非常佳的誤碼率性能，實(shí)現(xiàn)了約6dB的消光比圈暗。
在室溫下掂为，BERs直接調(diào)制1.55-um VCSEL的速率為10Gb/s和各種光纖鏈路
對于超過20km的鏈路，光纖在1.55um處的低衰減為0.19dB/km员串，而不是在1.3um處的0.33dB/km，補(bǔ)償了DCF的插入損耗昼扛。圖6顯示了10gb/s時(shí)城域光纖鏈路的總色散對1.55um直接調(diào)制VCSEL的誤碼率的影響寸齐。
圖6 城域范圍和10Gb /s光纖鏈路的BER懲罰與總光纖色散
無DCF傳輸時(shí)的正色散值
相應(yīng)的眼圖如插圖所示
對于某些光纖色散欲诺，BER懲罰可以保持較低，甚至達(dá)到負(fù)值渺鹦。相應(yīng)的眼圖在記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)旁邊作為插頁顯示扰法。當(dāng)色散在200ps/nm左右時(shí)，觀察到2.2dB的負(fù)色散懲罰毅厚。這種誤碼率懲罰功率的增益幾乎可以補(bǔ)償DCF的插入損耗塞颁。此外，通過這種分散管理吸耿，可以在更遠(yuǎn)的距離上實(shí)現(xiàn)更高的比特率祠锣，如12.5Gb/s。
結(jié)論
在本文中咽安，我們展示了我們新的1.55um VCSELs在帶有DCF模塊的TOSA封裝中的傳輸性能伴网。如果選擇好的負(fù)鏈路色散，負(fù)BER懲罰甚至可以補(bǔ)償DCF的插入損失妆棒。我們研究了一種經(jīng)濟(jì)有效的解決方案澡腾，特別是如果一個(gè)DCF光纖由許多CWDM VCSELs共享，以增加鏈路長度和/或Max啁啾限制鏈路帶寬糕珊。因此动分，直接調(diào)制vcsel的無源光網(wǎng)絡(luò)在10-40公里城域范圍內(nèi)的現(xiàn)有SMF鏈路上以10Gb/s（或可能12.5Gb/s）的速度運(yùn)行是可行的。
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