垂直腔面发射激光器（VCSELs）在1.55um具有高调制带宽和低衰减的低成本。与其他直接调制激光器一样，激光啁啾在高数据速率下限制了标准单模光纤中的链路长度，并且光纤色散会导致误码率（BER）损失。这可以通过色散补偿光纤（DCFs）来克服。本文研究了单片生长的1.55umVCSELs利用DCF来增加可能的链路长度的调制性能。在10Gb/s的传输速率下进行了数据传输实验，首次展示了该类型激光器色散相关的误码率性能。
色散补偿光纤的1.55μmvcsel调制性能-高速特性与数据传输实验
高速特性
在芯片级验证了小信号调制性能，如图3所示。对不同偏置电流下VCSEL芯片的小信号频率响应进行了测量。测量使用HP8510C矢量网络分析仪与匹配校准的光电二极管。采用级联微探针对芯片进行探测，并利用标定基板对芯片平面进行标定。实线适用于三极滤波函数，包括弛豫振荡频率、本征阻尼和寄生。曲线拟合允许提取调制电流效率因子和热限制Max松弛振荡频率等几个固有参数。室温时带宽超过11GHz，85℃时带宽降至8GHz，足以满足10Gb/s的数据传输。
室温下1.55um VCSEL的小信号频率响应
实线适合于三极滤波器函数
数据传输实验
在直接调制速率为10.3Gb/s、不归零数据（伪随机比特序列（PRBS）模式长度）的情况下，通过可变长度的标准SMF的未放大传输链路，对VCSEL-TOSA的传输性能进行了评估。图4为室温下背靠背记录的眼图（BTB）。睁着眼睛可以无差错地传输高达10公里的SMF和85摄氏度的数据。对于更长的距离，则需要色散补偿。因此，我们评估了总色散为706ps/nm、Max插入损耗为2.8dB的DCF的影响。对总色散进行了调整，使其能够补偿高达40公里的SMF。为了获得非常佳的高速性能，这些VCSELs在其热滚转附近被驱动。因此，内部温度在整个操作范围内是相同的。
图4 VCSEL模块BTB在10.3Gb/s，9mA偏置电流，25℃，231-1 PBRS，16mA峰对峰调制电流下的眼图
因此，尽管由于设置限制，实验是在室温下进行的，但对色散相关的误码性能的研究也有望适用于高达85℃的扩展散热片温度。使用实验室环境的低噪声接收器，评估了低至23dbm的无误差接收功率。由于基于VCSEL的通信解决方案应该是廉价的系统，因此我们有意使用来自商业低成本通信模块的误码率（BER）检测器，该检测器具有较高的本实验噪声，限制了传输长度。注意，实验中没有实现EDC和掺铒光纤放大器。图5显示了几种光纤组合的误码率测量结果。日志含义所有配置实现无错误操作，未检测到错误层。对偏置和调制条件进行了微调，以获得非常佳的误码率性能，实现了约6dB的消光比。
在室温下，BERs直接调制1.55-um VCSEL的速率为10Gb/s和各种光纤链路
对于超过20km的链路，光纤在1.55um处的低衰减为0.19dB/km，而不是在1.3um处的0.33dB/km，补偿了DCF的插入损耗。图6显示了10gb/s时城域光纤链路的总色散对1.55um直接调制VCSEL的误码率的影响。
图6 城域范围和10Gb /s光纤链路的BER惩罚与总光纤色散
无DCF传输时的正色散值
相应的眼图如插图所示
对于某些光纤色散，BER惩罚可以保持较低，甚至达到负值。相应的眼图在记录的数据点旁边作为插页显示。当色散在200ps/nm左右时，观察到2.2dB的负色散惩罚。这种误码率惩罚功率的增益几乎可以补偿DCF的插入损耗。此外，通过这种分散管理，可以在更远的距离上实现更高的比特率，如12.5Gb/s。
结论
在本文中，我们展示了我们新的1.55um VCSELs在带有DCF模块的TOSA封装中的传输性能。如果选择好的负链路色散，负BER惩罚甚至可以补偿DCF的插入损失。我们研究了一种经济有效的解决方案，特别是如果一个DCF光纤由许多CWDM VCSELs共享，以增加链路长度和/或Max啁啾限制链路带宽。因此，直接调制vcsel的无源光网络在10-40公里城域范围内的现有SMF链路上以10Gb/s（或可能12.5Gb/s）的速度运行是可行的。
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