我们演示了28Gb /s NRZ-OOK在无DCF链路上传输长达10公里，使用单片VCSEL，直接检测和基于mlse的接收器进行低成本，短距离互连。在性能优化方面也研究了DSP的复杂性。
采用1530nm vcsel,直接检测和MLSE接收机实现光互连的28Gb/s NRZ-OOK
随着我们进入百万兆时代，数据中心和高性能计算系统等系统需要高带宽、低成本和节能的支持技术来服务于它们大规模的机架内和机架间连接。考虑到这种对容量日益增长的需求，光学是在Gb/s数据速率下超过几米的互连中有前途的解决方案。为此，直接调制的垂直腔表面发射激光器（VCSELs）与单模光纤（SMFs）结合是很有希望的候选者。1550纳米VCSELs和SMF传输的新进展包括使用相干检测在400公里以上传输25 GBd偏振分复用（PDM） 4级脉冲幅度调制（PAM）信号和使用直接检测（DD）在4.2公里以上传输25 gb /s NRZOOK信号。为了实现比目前报道的更简单、更环保、更具成本效益的发射器和接收器实现，并扩大覆盖范围和对色散（CD）的容忍，在本文中，我们报告了28Gb /s NRZ-OOK信号的产生和传输超过10公里，而在链路中不使用任何色散补偿光纤（DCF），使用单片1530纳米VCSEL。直接检测和基于高性能Max似然序列估计（MLSE）的接收器来补偿累积的CD。结果表明，我们提出的解决方案具有实现经济高效且节能的波分复用（WDM） 100 Gb/s（即4λ×28 Gb/s）数据中心内部连接（长达2公里）的潜力。以及数据中心互连和城域网络（长达10公里），利用节能的VCSELs技术和廉价的直接检测。
实验装置
用于性能评估的实验装置如图1(a)所示。在发送端产生28Gb /s的PRBS。产生的电信号具有峰对峰振幅Vpp = 900 mV，并被馈送到偏置T中，以便直接调制1530 nm的VCSEL。VCSEL使用11ma的驱动电流进行偏置。VCSEL输出光消比为8.08 dB。实验中使用的长波VCSEL是基于InP材料体系的多量子阱激光器。该器件设计的核心是采用再生n掺杂InP材料的光刻定义的埋藏隧道结（BTJ）。这种结构提供了电约束，减少了热量的产生，在高温下实现了出色的直流和射频性能。这种激光器使用两个介电DBR反射镜，而不是在VCSELs中传统使用的半导体反射镜。介质材料之间的大折射率差使得实现具有高反射率的极薄dbr成为可能。随后，激光器具有非常短的谐振腔，约为2.5µm。这种短腔设计，加上对外延结构、台面尺寸和键合板电容等性能的精心优化，有助于Max限度地提高高达18 GHz的射频性能。结合低阈值电流，器件能够以28 Gb/s或更高的速率直接调制。VCSEL输出处的光学眼图如图1 (b)所示。接下来，28gb /s NRZ-OOK信号通过标准单模光纤（SMF）的几个线轴发射，即超过1公里，2公里，5公里和10公里的SMF。
注意，链接中没有使用DCF。分别传输1公里、2公里、5公里和10公里后，每个光纤线轴输出处的光学眼图如图2 (c)-(f)所示。我们可以观察到，由于CD诱导的啁啾激光信号的相位到幅度转换，在传输到2公里后，眼睛的开口明显减小，并且在更远的传输距离（5公里和10公里）时，眼睛图的退化进一步增加。在接收端，使用可变光衰减器（VOA）改变接收的光功率，信号在30GHz 3 db带宽的光电二极管（PD）上检测。光电二极管的输出被送入50gs /s的实时示波器，数据被捕获并由DSP离线处理。在离线DSP中，信号首先被重新采样到每个符号两个采样，然后使用MLSE算法来均衡信道失真并解码接收到的波形。基于接收到的信号，MLSE估计信道并决定可能发送到发射机的序列。欧几里得距离和每个符号两个样本用于分支度量的计算。BER估计超过200万个符号。
图1:(a)实验设置；
(b)-(f)连续和超过1公里、2公里、5公里和10公里SMF的光学眼图
结果与讨论
为了评估系统性能，BER测量作为接收光功率的函数在以下情况下进行：i)背靠背；以及ii)在传输超过1公里、2公里、5公里和10公里的SMF后。结果如图2(a)所示。正如我们所看到的，在1公里和2公里无DCF链路上的传输可以实现1.25 dB和1.5 dB的灵敏度损失，与以10-3（假设FEC限制）为参考的背靠背情况相比。此外，从图2(a)中可以看出，在SMF传输超过5 km和10 km时，传输性能分别比背对背传输降低了2.45 dB和4 dB （BER=10-3）。使用16状态MLSE得到图2(a)所示的结果。接下来，我们研究了在5公里传输后，采用4、8、16和64状态MLSE的基于MLSE的接收器的复杂性的影响。结果如图2(b)所示。我们观察到MLSE-16获得了非常佳的性能。较简单的方案如MLSE-4在BER=10-3时的性能差约0.5 dB，而MLSE-8在低输入功率下的性能与MLSE-16相似，在输入功率高于Pin=-16 dbm时性能略差。此外，从图2(b)中MLSE-64对应的曲线可以看出，更高的MLSE复杂度并没有导致显著的误码率提高。zui后，10公里传输情况下的MLSE复杂度结果如图2 (c)所示。4状态MLSE的性能是不可接受的，而选择8状态MLSE可以显著提高误码率性能并降低误差下限。16态MLSE可以实现非常佳性能，而将复杂度增加到64或256态并不会带来显著的好处，因为啁啾和色散会严重降低性能。
图2 (a): i)背靠背情况下的误码率与接收光功率；传输后：1公里、2公里、5公里和10公里的SMF。（条件：I = 11 mA, Vpp = 900 mV， 16态MLSE补偿CD）；
(b)、(c)分别为传输超过5公里和10公里后的误码率与接收光功率的比值。（MLSE复杂度：4、8、16、64和256状态的MLSE）
我们成功地演示了28Gb /s NRZ-OOK在10公里SMF链路上的传输，该链路通过直接检测和基于MLSE的数据解码实现，而无需在链路中使用色散补偿光纤。结果表明，我们提出的设计可以成为一种潜在的技术，为数据中心和下一代100Gb /s短距离城域网实现低成本的WDM 100Gb /s（即4λ×28gb /s）光互连。
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