我們(men) 演示了28Gb /s NRZ-OOK在無DCF鏈路上傳(chuan) 輸長達10公裏，使用單片VCSEL，直接檢測和基於(yu) mlse的接收器進行低成本，短距離互連。在性能優(you) 化方麵也研究了DSP的複雜性。
采用1530nm vcsel,直接檢測和MLSE接收機實現光互連的28Gb/s NRZ-OOK
隨著我們(men) 進入百萬(wan) 兆時代，數據中心和高性能計算係統等係統需要高帶寬、低成本和節能的支持技術來服務於(yu) 它們(men) 大規模的機架內(nei) 和機架間連接。考慮到這種對容量日益增長的需求，光學是在Gb/s數據速率下超過幾米的互連中有前途的解決(jue) 方案。為(wei) 此，直接調製的垂直腔表麵發射激光器（VCSELs）與(yu) 單模光纖（SMFs）結合是很有希望的候選者。1550納米VCSELs和SMF傳(chuan) 輸的新進展包括使用相幹檢測在400公裏以上傳(chuan) 輸25 GBd偏振分複用（PDM） 4級脈衝(chong) 幅度調製（PAM）信號和使用直接檢測（DD）在4.2公裏以上傳(chuan) 輸25 gb /s NRZOOK信號。為(wei) 了實現比目前報道的更簡單、更環保、更具成本效益的發射器和接收器實現，並擴大覆蓋範圍和對色散（CD）的容忍，在本文中，我們(men) 報告了28Gb /s NRZ-OOK信號的產(chan) 生和傳(chuan) 輸超過10公裏，而在鏈路中不使用任何色散補償(chang) 光纖（DCF），使用單片1530納米VCSEL。直接檢測和基於(yu) 高性能Max似然序列估計（MLSE）的接收器來補償(chang) 累積的CD。結果表明，我們(men) 提出的解決(jue) 方案具有實現經濟高效且節能的波分複用（WDM） 100 Gb/s（即4λ×28 Gb/s）數據中心內(nei) 部連接（長達2公裏）的潛力。以及數據中心互連和城域網絡（長達10公裏），利用節能的VCSELs技術和廉價(jia) 的直接檢測。
實驗裝置
用於(yu) 性能評估的實驗裝置如圖1(a)所示。在發送端產(chan) 生28Gb /s的PRBS。產(chan) 生的電信號具有峰對峰振幅Vpp = 900 mV，並被饋送到偏置T中，以便直接調製1530 nm的VCSEL。VCSEL使用11ma的驅動電流進行偏置。VCSEL輸出光消比為(wei) 8.08 dB。實驗中使用的長波VCSEL是基於(yu) InP材料體(ti) 係的多量子阱激光器。該器件設計的核心是采用再生n摻雜InP材料的光刻定義(yi) 的埋藏隧道結（BTJ）。這種結構提供了電約束，減少了熱量的產(chan) 生，在高溫下實現了出色的直流和射頻性能。這種激光器使用兩(liang) 個(ge) 介電DBR反射鏡，而不是在VCSELs中傳(chuan) 統使用的半導體(ti) 反射鏡。介質材料之間的大折射率差使得實現具有高反射率的極薄dbr成為(wei) 可能。隨後，激光器具有非常短的諧振腔，約為(wei) 2.5µm。這種短腔設計，加上對外延結構、台麵尺寸和鍵合板電容等性能的精心優(you) 化，有助於(yu) Max限度地提高高達18 GHz的射頻性能。結合低閾值電流，器件能夠以28 Gb/s或更高的速率直接調製。VCSEL輸出處的光學眼圖如圖1 (b)所示。接下來，28gb /s NRZ-OOK信號通過標準單模光纖（SMF）的幾個(ge) 線軸發射，即超過1公裏，2公裏，5公裏和10公裏的SMF。
注意，鏈接中沒有使用DCF。分別傳(chuan) 輸1公裏、2公裏、5公裏和10公裏後，每個(ge) 光纖線軸輸出處的光學眼圖如圖2 (c)-(f)所示。我們(men) 可以觀察到，由於(yu) CD誘導的啁啾激光信號的相位到幅度轉換，在傳(chuan) 輸到2公裏後，眼睛的開口明顯減小，並且在更遠的傳(chuan) 輸距離（5公裏和10公裏）時，眼睛圖的退化進一步增加。在接收端，使用可變光衰減器（VOA）改變接收的光功率，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，數據被捕獲並由DSP離線處理。在離線DSP中，信號首先被重新采樣到每個(ge) 符號兩(liang) 個(ge) 采樣，然後使用MLSE算法來均衡信道失真並解碼接收到的波形。基於(yu) 接收到的信號，MLSE估計信道並決(jue) 定可能發送到發射機的序列。歐幾裏得距離和每個(ge) 符號兩(liang) 個(ge) 樣本用於(yu) 分支度量的計算。BER估計超過200萬(wan) 個(ge) 符號。
圖1:(a)實驗設置；
(b)-(f)連續和超過1公裏、2公裏、5公裏和10公裏SMF的光學眼圖
結果與(yu) 討論
為(wei) 了評估係統性能，BER測量作為(wei) 接收光功率的函數在以下情況下進行：i)背靠背；以及ii)在傳(chuan) 輸超過1公裏、2公裏、5公裏和10公裏的SMF後。結果如圖2(a)所示。正如我們(men) 所看到的，在1公裏和2公裏無DCF鏈路上的傳(chuan) 輸可以實現1.25 dB和1.5 dB的靈敏度損失，與(yu) 以10-3（假設FEC限製）為(wei) 參考的背靠背情況相比。此外，從(cong) 圖2(a)中可以看出，在SMF傳(chuan) 輸超過5 km和10 km時，傳(chuan) 輸性能分別比背對背傳(chuan) 輸降低了2.45 dB和4 dB （BER=10-3）。使用16狀態MLSE得到圖2(a)所示的結果。接下來，我們(men) 研究了在5公裏傳(chuan) 輸後，采用4、8、16和64狀態MLSE的基於(yu) MLSE的接收器的複雜性的影響。結果如圖2(b)所示。我們(men) 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，而MLSE-8在低輸入功率下的性能與(yu) MLSE-16相似，在輸入功率高於(yu) Pin=-16 dbm時性能略差。此外，從(cong) 圖2(b)中MLSE-64對應的曲線可以看出，更高的MLSE複雜度並沒有導致顯著的誤碼率提高。zui後，10公裏傳(chuan) 輸情況下的MLSE複雜度結果如圖2 (c)所示。4狀態MLSE的性能是不可接受的，而選擇8狀態MLSE可以顯著提高誤碼率性能並降低誤差下限。16態MLSE可以實現非常佳性能，而將複雜度增加到64或256態並不會(hui) 帶來顯著的好處，因為(wei) 啁啾和色散會(hui) 嚴(yan) 重降低性能。
圖2 (a): i)背靠背情況下的誤碼率與(yu) 接收光功率；傳(chuan) 輸後：1公裏、2公裏、5公裏和10公裏的SMF。（條件：I = 11 mA, Vpp = 900 mV， 16態MLSE補償(chang) CD）；
(b)、(c)分別為(wei) 傳(chuan) 輸超過5公裏和10公裏後的誤碼率與(yu) 接收光功率的比值。（MLSE複雜度：4、8、16、64和256狀態的MLSE）
我們(men) 成功地演示了28Gb /s NRZ-OOK在10公裏SMF鏈路上的傳(chuan) 輸，該鏈路通過直接檢測和基於(yu) MLSE的數據解碼實現，而無需在鏈路中使用色散補償(chang) 光纖。結果表明，我們(men) 提出的設計可以成為(wei) 一種潛在的技術，為(wei) 數據中心和下一代100Gb /s短距離城域網實現低成本的WDM 100Gb /s（即4λ×28gb /s）光互連。
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