我们通过直接调制1.5µmVCSEL，以33.35-Gbaud的3级信号和极化复用产生105.7Gb/s的信号。通过数字相干检测，我们成功地在960公里的标准单模光纤（SSMF）上传输了105.7Gb/s的线速率（88.10Gb/s的净比特率）信号，其硬决策前向纠错（FEC）阈值为20%，误码率（BER）为1.5×10-2。
使用直接调制vcsel和相干探测，以105.7Gb/sPDM3-PAM传输960公里SSMF（2）-实验
实验装置
实验设置如图1所示。该VCSEL是一种高速短腔VCSEL，埋地道结（BTJ）孔径为4.5µm。它在单模下工作，并沿明确的偏振轴发射线偏振光。发射波长为1.5μm，3dB调制带宽为18GHz。具体VCSEL特性的详细描述可以在中找到。考虑到VCSEL的带宽和多级PAM的性能，我们在实验中选择了3-PAM，每个极化每个符号携带1.585（
）比特，对应于使用极化分复用时每个符号携带3.17比特。在33.35-Gbaud时，原始线路速率为105.7195 Gb/s。
使用3位高速数模转换器（DAC）的2位产生3级33.35Gbaud信号，该信号由具有33.35Gb/s215-1伪随机位序列（PRBS）的模式发生器的D和
的48个符号延迟去相关版本馈送。
来自DAC的驱动信号的峰对峰幅度约为800mV。没有使用额外的驱动器/放大器。VCSEL的偏置设置为8mA，温度设置为25℃。调制后的发射波长为~1528nm，输出功率为0dbm。3级电信号和光信号的眼图如图1所示。VCSEL的输出被发送到偏振多路复用器。x和y极化支路之间的长度差约为15米，这引入了比VCSEL的相干长度更长的时间延迟，从而模拟了在同一波长通道上的两个高速调制VCSEL，这是这种转发器所需要的。信号经掺铒光纤放大器（EDFA）放大后，送入带宽为3dB、带宽为0.52nm的JDSU TB9光栅滤波器。下面将解释这个过滤器的功能。
图1 实验设置。PolMux：偏振多路复用器，OF：光滤波器，LO：本振，DGEF：动态增益均衡器滤波器。插图为电驱动信号、VCSEL输出光信号和脱机处理后恢复的星座示意图。
传输实验在4x80km的EDFA放大SSMF循环环路中进行，没有任何色散补偿。每个环路后使用动态增益均衡滤波器（DGEF）来阻断放大的自发发射（ASE）噪声，并通过EDFA补偿开关和DGEF的损失。在接收端，信号由偏振分集为90°的自由运行可调谐外腔激光（ECL）本振（LO）混合，随后是4个带宽为40GHz的平衡探测器。当本端频率远离发射机VCSEL几GHz时，性能不会发生变化。4个信号分量由2个带宽为30Ghz的2通道80GSamples/s实时数字采样示波器捕获。捕获的信号被离线数字处理。对于离线DSP，首先纠正采样偏差，并同步重新采样到每个符号2个采样。经过CD补偿后，采用Min均方（LMS）算法调整的9个抽头蝶形均衡器进行极化解复用和码间干扰补偿。在均衡器之后进行符号识别，不使用载波频率和相位估计。误码率（BERs）采用直接误码率计算。如图1所示，恢复的信号星座有三个环。
直接调制VCSEL后的光学滤波器显著提高了系统性能，如图2所示，数字采样示波器在背靠背操作中捕获的信号云。光学滤波器（可以同样很好地由发送端或接收端DSP实现）抑制了较低电平的幅度，并增加了不同电平之间的幅度差。这可以用图3来解释。
其中显示了滤波前后信号的频谱以及滤波传递函数。在直接调制激光中，高强度符号相对于低强度符号发生蓝移。当我们以图3所示的方式对齐滤波器和信号波长时，信号的红移部分（低强度符号）比蓝移部分（高强度符号）衰减更高。这种调频（FM）到调幅（AM）的转换增加了信号的眼界，从而提高了系统的性能。
图3 滤光片前后的信号光谱及滤光片的传递函数
实验结果
我们首先测量了背靠背的性能，结果如图4所示，图4显示了背靠背操作时的误码率和光信噪比（OSNR）。结果表明，在误码率约为2.0×10-3处存在误差层。使用7%的开销硬决策转发纠错（FEC）代码（导致净比特率为98.80Gb/s），我们可以实现OSNR大于26dB的无错误操作；如果使用20%开销的硬判决FEC码（净比特率为88.10Gb/s），则可以在OSNR大于20.3dB的情况下实现无错误操作。
图4 在背靠背组中的BER与OSNR
7%和20%硬决策FEC下的BER分别为3.8×10-3和1.5×10-2
然后我们测量了信号的传输性能。我们改变了每个跨度的发射功率，并在320公里、640公里和960公里三个传输距离上测量了误码率。结果绘制在图5中。z佳发射功率约为2~3dBm，三种传输距离相似。在3dbm发射功率下，320km、640km和960km发射时，发射的osnr分别为29.5dB、26.5dB和24.0dB。采用7%架空硬决策FEC时，传输距离可达320公里；采用20%硬决策FEC时，传输距离可达960公里。
图5所示。三种不同距离的发射功率比。
结论
利用3-PAM调制、极化分复用和数字相干检测，我们成功地在320公里SSMF上以7%硬决策FEC阈值（98.80Gb/s净比特率）和960公里SSMF上以20%硬决策FEC阈值（88.10Gb/s净比特率）分别传输了直接VCSEL调制产生的105.7Gb/s（原始线路速率）信号。与基于相位/正交调制器的相干发射机相比，基于VCSEL的发射机具有更小的外形、更低的功耗和更低的成本。同时，通过消除频率和相位恢复，也可以降低相干接收端的DSP功率。通过结合VCSELs短距离通信的优势和远程传输的强大相干检测，VCSEL发射器与相干接收器的组合可能非常适合100G城域网络。
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