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（1）-简介
本文利用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。
互联网和云计算应用的快速发展对通信网络的容量产生了巨大的需求。随着光传输网络中使用偏振分复用正交相移键控（PDM-QPSK）和数字相干检测的100Gb/s技术的商业化和部署，以及400Gb/s和1Tb/s等更高比特率技术的发展，在不久的将来，城域网络也迫切需要从10Gb/s升级到100Gb/s及以上。数字相干检测是实现高频谱效率和网络灵活性的一种方法。与光传输网络相比，城域网络对成本、占用空间和功耗更为敏感。为了实现小尺寸、低功耗和低成本的相干收发器，必须取得重大进展。
垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于其成本、能源效率和占地面积而主导着短距离和低数据速率的应用。大多数VCSEL工作在850nm，z高比特率已达到55Gb/s，主要针对链路长度小于100米的数据中心应用。单模1.5µmVCSEL也取得了重大进展。zui近新开发的单模1.5μmVCSEL在标准单模光纤（SSMFs）上实现了40Gb/s的运行和10Gb/s的Max传输距离100公里。zui近还演示了使用VCSEL直接调制的100Gb/s短距离链路，具有4级脉冲幅度调制（PAM），极化多路复用和直接检测，但仅实现了100m传输。一般认为，直接调制的VCSEL不适合在高数据速率下传输距离在100至1000公里之间的城域网络。
在本文中，我们演示了使用1.5μm直接调制VCSEL在960公里SSMF上传输100Gb/s信号，旨在应用于下一代100Gb/s城域网络。在如此高的数据速率下实现的传输距离是通过数字相干检测、3-PAM调制和使用直接调制诱导啁啾来实现的。据我们所知，这是直接调制VCSEL实现的z长传输距离。该信号是通过驱动单个VCSEL产生33.35Gbaud的3级信号（即达到52.86Gb/s），然后进行极化多路复用来模拟两个VCSEL在同一波长通道上传输105.70Gb/s的信号。在接收端，采用相干检测提高系统性能，包括色散（CD）补偿、偏振模色散（PMD）补偿、极化解复用和数字信号处理（DSP）的电子域失真补偿。本文通过对实时数字采样示波器采集的数据进行脱机处理，实现了3-PAM信号的相干检测。通过对现有成熟的相干PDM-QPSK接收机进行改造，可以在实际系统中轻松实现。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，因为它需要更低的驱动电压，不需要外部调制器和相关的光学元件。同时，由于采用纯强度调制，VCSEL的大线宽（>500MHz）对系统性能影响很小，并且在DSP中不需要载波频率和相位恢复，进一步降低了相干接收机的复杂度和功耗。
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