我们提出了一种无冷却、自由运行的1550nm垂直腔面发射激光器（VCSEL），直接调制速率为10.7Gb/s。我们还报告了通过40公里标准单模光纤实现无差错传输，而不使用色散减缓或跨中放大。利用反向色散光纤实现了色散匹配的99.7km光接入上行链路，支持27dB损耗裕度的无差错传输。这些结果表明，在远距离光接入网中实现无冷却器的长波VCSEL器件是可行的。
以10.7Gb/s在99.7公里PON中传输自由运行1550nm vcsel-VCSEL的特征
对宽频数据服务的需求持续增加，推动了现代数据通信网络的扩展。此外，传统的基于铜缆或无线数据传输方案的带宽限制鼓励了在接入网环境中部署宽带光传输技术。光接入网的可持续部署需要可靠、廉价和节能的宽带光源，这鼓励了直接调制光链路的低成本激光源的发展。
垂直腔面发射激光（VCSEL）技术是实现低成本宽带信号源的潜在选择。非冷却VCSEL单元已被证明支持10Gb/s和20Gb/s的数据速率；工作在38Gb/s的冷却VCSEL源也被提出。注入锁定也被用于扩展直接调制VCSEL器件的传输范围。VCSEL源以10Gb/s的速度运行，并在40km/进行了演示；更远距离的传输也有报道，对锁定激光源的啁啾进行更复杂的控制。
我们扩展了之前对直接以10.7Gb/s调制的无冷却器1550nmVCSEL性能的研究。我们报告了光信号在40公里标准单模光纤（SMF）上的无差错传输，而不使用任何色散减缓技术。在35km和40km的无补偿传输中，我们使用长度为27-1比特的伪随机二进制序列（PRBS），接收功率为-19dbm，获得了无差错的传输结果；这与工作在10Gb/s的注入锁定系统报告的灵敏度水平相似。我们还成功地在一条未放大的99.7公里色散匹配链路上传输了10Gb/s的光信号，其中使用了现场可部署的反色散光纤（IDF）进行色散补偿；该分析没有使用其他分散缓解技术。IDF的色散曲线与G.652标准SMF相反。
实现了误码率（BER）低于10-9的无差错数据传输。为了评估模式长度依赖性的影响，使用不同长度的PRBSs生成数据信号。在色散匹配的99.7km上行链路上，采用长度为231-1 比特的PRBS，实现了无差错传输。我们的研究结果表明了长波长VCSELs在增强范围无源光网络（PON）系统部署中的可行性，并突出了IDF在扩展宽带光网络范围方面的适用性。
本实验中使用的VCSEL没有任何温度稳定或控制电路。我们评估了VCSEL源的直流特性，得到了如图1所示的功率与偏置电流响应。该设备的Max额定偏置电流规定为19mA；我们观察到激光阈值电流为3mA。当施加18mA的偏置电流时，VCSEL提供了+1dBm的平均光输出功率。
激光操作没有针对Max光消光比进行优化，因为这种情况也会导致输出波形中的超调和纹波增加，表明光信号高度啁啾。事实上，这样的啁啾光信号会增加对色散的敏感性；这将限制色散补偿成为必要之前的Max传输距离。将激光偏置到远离阈值的位置，并调整调制波形以提供大的光消光而无输出纹波。
图1 直流特性的VCSEL源用于此评估
在11.36mA偏压下，施加了10.7Gb/s的不归零开关键控（NRZ-OOK）调制信号，振幅为0.54mV。在VCSEL输出处，光消光比为5.85dB；该信号的光信噪比为7.43dB，平均光功率为-1dBm。
在实验过程中，非冷却器件的连续波激光波长在1550.5-1550.9nm之间变化；当施加调制时，峰值波长增加了约0.3nm，并且在实验过程中观察到在1550.8和1560.1nm之间变化。图2给出了在实验过程中观察到的激光输出的典型光谱；蓝色和黑色迹线表示在激光输出波长偏移中观察到的极值；红色轨迹表示中值观测值。虚线表示连续波模式操作，实线反映调制激活（Mod ON）时的激光输出。
图2 VCSEL在实验室环境温度下工作时，以10.7Gb/s NRZ-OOK数据信号的背靠背光谱实验过程中观察到激光波长漂移（测量分辨率为0.01nm）
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