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-结果与讨论
我们评估了系统内关键点获得的光信号，并利用不同长度的PRBSs来评估系统对图案长度依赖效应的敏感性。分别在35km、40km、50km（MS1）和99.7km（MS1和MS2）光纤色散补偿传输后对传输信号进行观测。所获得的眼图未观察到随所使用的PRBS的变化而有显著变化。使用长度为27-1比特的PRBS，我们使用20GHz内部光电探测器在示波器上观察了眼图，并给出了图4所示的走线。除非另有说明，进入前置放大器的光功率电平控制在±20dbm，进入PD的光功率电平控制在-9dBm。表2给出了传输上行链路中这些关键点的光消光比和光信噪比观测值。
图4 使用10GHz PD拍摄的10.7Gb/s NRZ-OOK信号的PD后电眼图 (a)CPE背对背观测，(b)35km无补偿SMF观测，(c)40km无补偿SMF观测，(d)50km匹配跨度MS1观测
垂直刻度：（a,b,c,d）300mV/div
水平刻度：（a,b,c）50ps/div，(d)20ps/div
在CPE输出处观察到一个清晰的睁眼，如图3(A)和4(A)所示。我们观察到与未补偿的SMF传输相关的OSNR下降，如图4(b)和4(c)所示，分别为35公里和40公里的长度。虽然在图中可以清楚地区分低电平和高电平，但传播信号波形的眼睛被环效应所封闭，这在接近比特周期中心的地方引入了垂直过渡；这些效应是色散引起的符号间干扰的结果。在50km（MS1）和99.7km（级联MS1和MS2）长度的色散匹配光纤输出处的信号观测表明，接收机处信号恢复良好；睁眼清晰，OSNRs良好。级联光纤长度达到99.7km后，消光比得到改善：链路的净负色散改善了激光直接调制的光信号；这一观察结果与其他报告非常吻合。然而，沿MS1传输的OSNR降低了2.38dB，在第二个匹配跨度（MS2）上传输的OSNR进一步降低了0.36dB。这是由于预放大接收器的EDFA优化了低强度光信号的低噪声放大，因此不会随着输入功率电平的降低而线性降低OSNR。级联99.7km匹配跨度后获得的开放眼表明该链路数据通信是可行的；因此，我们通过评估误码对接收信号功率的敏感性来扩展我们的调查。
表2 沿PON上行关键点的消光比和OSNR
注：使用DSO上的信号眼观察来评估OSNR
我们通过评估误码率灵敏度来评估通过该上行链路的数据传输。使用不同长度的PRBSs来评估模式长度依赖的系统响应。
误码率敏感性评估结果如图5所示。黑色实心符号表示在CPE输出处获得的结果，未填充的蓝色符号表示35公里SMF后的结果，蓝色带叉的符号表示40公里SMF后的结果。
红色（上半填充图样）符号表示MS1输出的结果，绿色（左半填充图样）符号表示MS1和MS2级联99.7公里后的结果。我们通过对每个PRBS长度使用相同的形状来区分不同长度的PRBS:27-1（圆形图样），215-1（正方形图样），223-1（向上指向三角形图样）和231-1（向下指向三角形图样）。
图5 在整个传输链路的关键点上，10.7Gb/s信号的误码率灵敏度。采用不同长度的PRBSs（27-1、215-1、231-1）对系统进行评价
（虚线表示误码率BER=10-9的无错阈值）
对于直接从CPE获得的信号，当接收光功率为-29dBm时，使用长度为27-1 比特的PRBS，可以获得无误差的结果。当PRBS长度为215-1比特时，功率损失约为2dB，当PRBS长度为223-1比特时，功率损失约为4dB。在这种背靠背条件下，观察到的误码率地板接近
，PRBS长度为231-1（比特。这表明发射机容易受到模式长度依赖的影响，可能是由于调制信号波形中存在连续的1和0的长运行。这些累积改变器件的偏置点周围的期望值，从而扭曲激光输出波形的光学特性。
对于35km和40km的无补偿传输，在接收功率约为-19dBm时，我们以z短的PRBS获得了无误差的结果。当使用长度为215-1（比特的PRBS时，在35km和40km的SMF下，BER底分别为
和
。尽管先前的工作产生了更短的色散限制链路长度，但随后的努力使人们认识到，在色散补偿成为必要之前，选择远离阈值的激光偏压，以及比以前采用的更大幅度的输入电信号，可以产生适合更远距离光传输的光输出信号。因此，我们能够利用这些电力驱动条件，在40公里的无补偿SMF范围内实现数据信号的无差错传输。
对于长度为215-1位、长度超过40公里的无补偿SMF的PRBS，这些结果与使用注入锁定VCSEL源报告的灵敏度水平相比较，这是令人鼓舞的，因为我们的发射机不需要任何注入锁定。由于用于接入链路的信令格式（包括基于IEEE 802.11以太网的方案）实施了保护措施，以防止出现这种长时间连续的零或一比特，因此短PRBS的系统性能表明在40公里无补偿SMF上实现10Gb/s通信链路的可行性。在链路中加入IDF被观察到可以提高系统性能，与未补偿传输相比，接收器灵敏度增加。
使用IDF，我们能够恢复所有使用的PRBs的无错误传输。观察到匹配传输跨度的净负色散比在发射机输出处获得的传输性能更好；这一结果与先前报道的直接调制激光信号在净负色散链路上传输的结果并不冲突。
我们研究了一种新型VCSEL器件的特性，该器件可以直接调制10.7Gb/s，当使用长度为27-1 1的PRBS时，输出信号可以在40km的无补偿SMF上无差错地传输，接收器灵敏度为-29dBm。现场可部署的IDF光纤用于实现扩展范围99.7公里的PON上行链路；在此链路上也实现了无错误传输。在相同长度的传输范围内，使用长度为231-1比特的PRBS时，观察到小于3dB的损失，这与报道的负色散光纤的光传输评估一致。
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