我們通過直接調制1.5μmVCSEL，以33.35-Gbaud的3級信號和極化復用產生105.7Gb/s的信號锐朴。通過數字相干檢測焚志，我們成功地在960公里的標準單模光纖（SSMF）上傳輸了105.7Gb/s的線速率（88.10Gb/s的凈比特率）信號酱酬，其硬決策前向糾錯（FEC）閾值為20%，誤碼率（BER）為1.5×10-2挑社。
使用直接調制vcsel和相干探測链瓦，以105.7Gb/sPDM3-PAM傳輸960公里SSMF（2）-實驗
實驗裝置
實驗設置如圖1所示慈俯。該VCSEL是一種高速短腔VCSEL卖子，埋地道結（BTJ）孔徑為4.5μm刑峡。它在單模下工作诫舅，并沿明確的偏振軸發(fā)射線偏振光宫患。發(fā)射波長為1.5μm，3dB調制帶寬為18GHz泽疆。具體VCSEL特性的詳細描述可以在中找到殉疼“颇辏考慮到VCSEL的帶寬和多級PAM的性能眠砾，我們在實驗中選擇了3-PAM褒颈，每個極化每個符號攜帶1.585（
）比特堡掏，對應于使用極化分復用時每個符號攜帶3.17比特刨疼。在33.35-Gbaud時亭畜，原始線路速率為105.7195 Gb/s迎卤。
使用3位高速數模轉換器（DAC）的2位產生3級33.35Gbaud信號，該信號由具有33.35Gb/s215-1偽隨機位序列（PRBS）的模式發(fā)生器的D和
的48個符號延遲去相關版本饋送。
來自DAC的驅動信號的峰對峰幅度約為800mV瘩燥。沒有使用額外的驅動器/放大器厉膀。VCSEL的偏置設置為8mA服鹅，溫度設置為25℃企软。調制后的發(fā)射波長為~1528nm仗哨，輸出功率為0dbm并鸵。3級電信號和光信號的眼圖如圖1所示。VCSEL的輸出被發(fā)送到偏振多路復用器晓褪。x和y極化支路之間的長度差約為15米涣仿，這引入了比VCSEL的相干長度更長的時間延遲变过，從而模擬了在同一波長通道上的兩個高速調制VCSEL，這是這種轉發(fā)器所需要的阔拳。信號經摻鉺光纖放大器（EDFA）放大后糊肠，送入帶寬為3dB遗锣、帶寬為0.52nm的JDSU TB9光柵濾波器弧圆。下面將解釋這個過濾器的功能搔预。
圖1 實驗設置船庇。PolMux：偏振多路復用器溢十，OF：光濾波器，LO：本振吞鸭，DGEF：動態(tài)增益均衡器濾波器遮咖。插圖為電驅動信號御吞、VCSEL輸出光信號和脫機處理后恢復的星座示意圖陶珠。
傳輸實驗在4x80km的EDFA放大SSMF循環(huán)環(huán)路中進行，沒有任何色散補償。每個環(huán)路后使用動態(tài)增益均衡濾波器（DGEF）來阻斷放大的自發(fā)發(fā)射（ASE）噪聲添吗，并通過EDFA補償開關和DGEF的損失碟联。在接收端玄帕，信號由偏振分集為90°的自由運行可調諧外腔激光（ECL）本振（LO）混合，隨后是4個帶寬為40GHz的平衡探測器鹰椒。當本端頻率遠離發(fā)射機VCSEL幾GHz時漆际，性能不會發(fā)生變化奸汇。4個信號分量由2個帶寬為30Ghz的2通道80GSamples/s實時數字采樣示波器捕獲。捕獲的信號被離線數字處理听哭。對于離線DSP陆盘，首先糾正采樣偏差，并同步重新采樣到每個符號2個采樣肩刃。經過CD補償后，采用Min均方（LMS）算法調整的9個抽頭蝶形均衡器進行極化解復用和碼間干擾補償呢燥。在均衡器之后進行符號識別叛氨，不使用載波頻率和相位估計寞埠。誤碼率（BERs）采用直接誤碼率計算仁连。如圖1所示揪阶，恢復的信號星座有三個環(huán)鲁僚。
直接調制VCSEL后的光學濾波器顯著提高了系統性能侨艾，如圖2所示蒋畜，數字采樣示波器在背靠背操作中捕獲的信號云姻成。光學濾波器（可以同樣很好地由發(fā)送端或接收端DSP實現）抑制了較低電平的幅度科展，并增加了不同電平之間的幅度差徘跪。這可以用圖3來解釋。
其中顯示了濾波前后信號的頻譜以及濾波傳遞函數哨查。在直接調制激光中寒亥，高強度符號相對于低強度符號發(fā)生藍移溉奕。當我們以圖3所示的方式對齊濾波器和信號波長時，信號的紅移部分（低強度符號）比藍移部分（高強度符號）衰減更高。這種調頻（FM）到調幅（AM）的轉換增加了信號的眼界卫枝，從而提高了系統的性能校赤。
圖3 濾光片前后的信號光譜及濾光片的傳遞函數
實驗結果
我們首先測量了背靠背的性能，結果如圖4所示，圖4顯示了背靠背操作時的誤碼率和光信噪比（OSNR）翅阵。結果表明掷匠，在誤碼率約為2.0×10-3處存在誤差層讹语。使用7%的開銷硬決策轉發(fā)糾錯（FEC）代碼（導致凈比特率為98.80Gb/s），我們可以實現OSNR大于26dB的無錯誤操作才菠；如果使用20%開銷的硬判決FEC碼（凈比特率為88.10Gb/s）屹蚊，則可以在OSNR大于20.3dB的情況下實現無錯誤操作。
圖4 在背靠背組中的BER與OSNR
7%和20%硬決策FEC下的BER分別為3.8×10-3和1.5×10-2
然后我們測量了信號的傳輸性能命斧。我們改變了每個跨度的發(fā)射功率，并在320公里汇四、640公里和960公里三個傳輸距離上測量了誤碼率通孽。結果繪制在圖5中背苦。z佳發(fā)射功率約為2~3dBm秕噪，三種傳輸距離相似腌巾。在3dbm發(fā)射功率下，320km碉克、640km和960km發(fā)射時漏麦，發(fā)射的osnr分別為29.5dB撕贞、26.5dB和24.0dB。采用7%架空硬決策FEC時号涯，傳輸距離可達320公里链快；采用20%硬決策FEC時，傳輸距離可達960公里。
圖5所示丝蹭。三種不同距離的發(fā)射功率比半夷。
結論
利用3-PAM調制、極化分復用和數字相干檢測淘邻，我們成功地在320公里SSMF上以7%硬決策FEC閾值（98.80Gb/s凈比特率）和960公里SSMF上以20%硬決策FEC閾值（88.10Gb/s凈比特率）分別傳輸了直接VCSEL調制產生的105.7Gb/s（原始線路速率）信號宾舅。與基于相位/正交調制器的相干發(fā)射機相比，基于VCSEL的發(fā)射機具有更小的外形、更低的功耗和更低的成本岸夯。同時猜扮，通過消除頻率和相位恢復旅赢，也可以降低相干接收端的DSP功率煮盼。通過結合VCSELs短距離通信的優(yōu)勢和遠程傳輸的強大相干檢測集惋，VCSEL發(fā)射器與相干接收器的組合可能非常適合100G城域網絡。
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