我们通过实验证明了1.33-um垂直腔面发射激光的特性（线宽和啁啾测量）和单模光纤传输中多Gb/s的良好传输性能。在不同的工作温度下，提供了40公里以上10.3Gb/s和20公里以上12.5Gb/s的无误差测量。
1.33-um vcsel特性
日益增长的传输容量需求要求多Gb/s系统也适用于中短距离网络。对于存储、局域网和接入网，已安装的基于标准单模光纤（SSMF）的基础设施在1.3m窗口（对应于零色散）中运行。10GBASE-LR（Long Range）标准提出了使用10Gb/s数据流在1310nm的10kmSSMF上实现10千兆以太网协议光实现。
目前，用于这些应用的1.3-um光源主要由直接调制的Fabry-Perot或分布反馈激光器组成。然而，使用垂直腔面发射激光器（VCSELs）代替边缘发射器是非常可取的，因为它们具有固有的优点，如优越的光束质量，极低的功耗和降低的制造成本。如今，长波VCSEL技术已经取得了重大进展，使其工作速度达到10Gb/s，在高温下也取得了良好的效果。另一方面，光互连和数据通信应用将导致在非冷却条件下将比特率提高到12.5Gb/s，以保持低成本要求。因此，研究直接调制的1.3-um VCSEL在不同工作温度下以12.5Gb/s的速度在中短距离传输的性能是很有意义的。
我们通过实验评估了1.33-umVCSEL在10Gb/s和高达12.5Gb/s下工作的能力。该器件首先以线宽和频率啁啾为特征。在10千兆以太网应用的误码率（BER）测量方面，已经验证了在不同工作温度（20℃和70℃）下超过40公里SSMF达到的传输。然后，在不同的工作温度（20-70℃）下，以12.5Gb/s的速度无差错传输高达10公里的SSMF，以验证VCSEL在非冷却条件下的利用。
图1 BTJ-VCSEL的横截面。
1.33-um VCSEL特性
1.VCSEL描述
本文考虑的适用于高速应用的1.33-um VCSEL的基本结构与前面描述的基本相同，但包层的热管理进行了优化，并提高了底镜反射率。外延输出镜由AlGaInAs-AlInAs层对组成（反射率为99.5%），有源区由7个由拉伸-应变势垒分隔的应变量子阱组成。这些激光器的混合后视镜由3.5对CaF2-ZnS和金层（反射率=99.9%）组成。图1为埋地式隧道结（BTJ）VCSEL的设计。该芯片安装在具有本地连接器（LC）插座的发射器光学组件（TOSA）模块中，该模块包括光隔离器、监测二极管和50Ω挠性电路连接。
在相应的电流和温度范围内，单模光谱显示出超过40dB的侧模抑制比。室温下的带宽超过10GHz，受到VCSEL内层内部寄生和热效应的限制。但是，该带宽可以实现12.5Gb/s的数据传输。
2.线宽测量
对被测1.33-um VCSEL装置进行了不同温度下连续波工作的线宽测量，采用延迟自外差法，解相关长度为70m。图2显示了线宽与在20℃、40℃和70℃下测量的倒数输出功率的关系。在线性状态下，信号频谱很好地符合洛伦兹线形，而在更高的功率水平下，线宽再次上升，从线性转向。在这个区域，信号频谱更适合于高斯分布和洛伦兹分布的卷积。考虑到所有的温度范围，非常小的线宽在输出功率为0.5mW左右。该器件具有很好的线宽特性，是目前所知的长波VCSEL中非常好的器件之一。
图2 不同温度下线宽与反向输出功率的关系。在20℃（连续的灰线和完整的圆圈），40℃（连续的灰线和完整的正方形），70℃（黑色虚线和完整的三角形）
3.10.3Gb/s的啁啾测量
众所周知，频率啁啾取决于不同的驱动条件和调制特性。本文给出的结果完美地描述了VCSEL在典型工作条件下
的行为。
在我们的测量中，我们采用了鉴频器方法，使用自由频谱范围为400GHz的Mach-Zehnder干涉仪，该值适合于高比特率。在室温下，以10.3125Gb/s的直接调制速率，使用非归零（NRZ）数据（伪随机二进制序列（PRBS）模式长度）评估频率偏差。图3(a)显示了整个序列中20位的时间分辨啁啾和强度波形。
图3(b)给出了序列的细节，啁啾的两个组成部分（绝热和瞬态）都很明显。在高比特率下，瞬态分量比绝热分量更重要。在一长串逻辑“0”之后，可以清楚地观察到上升沿上的高超调，而这种超调在下降沿上不太明显。通过观察逻辑状态“0”和逻辑状态“1”之间的频率差，可以看到绝热分量，大约为5GHz。1.33-um VCSEL峰对峰啁啾值约为18-20GHz。在1.5-um直接调制VCSEL上也测量到了类似的啁啾结果。
图3 啁啾测量1.33-umVCSEL直接调制在10.3Gb/s
(a) 测量频率与时间的偏差（实线）和测量强度与时间的偏差（虚线）
(b)序列的详细示例。绝热啁啾和瞬态啁啾都可见
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