利用SiGeBiCMOS6分路前饋均衡器支持的直接調(diào)制1326nm短腔VCSEL怎虫，實(shí)現(xiàn)了15kmSSMF上50Gb/s大审、5kmSSMF上60Gb/s和64Gb/s背對(duì)背的無(wú)dsp實(shí)時(shí)NRZ傳輸座哩。
SSMF和64Gb/s背靠背與1.3umvcsel無(wú)DSP和實(shí)時(shí)NRZ傳輸50Gb/s超過(guò)15km-實(shí)驗(yàn)裝置
作為云計(jì)算、搜索引擎和社交媒體等日益流行的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)漾狼，數(shù)據(jù)中心需要處理快速增長(zhǎng)的信息量饥臂。這給數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間的鏈路帶來(lái)了巨大的壓力，促使業(yè)界和學(xué)術(shù)界開(kāi)發(fā)400G及以上光鏈路的解決方案稽煤，以及當(dāng)今經(jīng)濟(jì)高效的多模VCSELs的后續(xù)技術(shù)囚戚。這些應(yīng)用的光纖長(zhǎng)度范圍從100米到2公里（數(shù)據(jù)中心內(nèi)鏈路），至少10公里（數(shù)據(jù)中心間鏈路）匾二。雖然許多提出的解決方案依賴(lài)于III-V或硅光子學(xué)材料系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的外部調(diào)制拳芙，但基于直接調(diào)制VCSELs的鏈路具有提供低功耗、低成本和低復(fù)雜性解決方案的潛力分飞。有報(bào)道稱(chēng)短波多模VCSELs可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100Gb/s的比特率睹限。
然而，使用這些鏈路删窒，如果沒(méi)有廣泛的數(shù)字信號(hào)處理（DSP）肌索，很難以高于50Gb/s的速率達(dá)到超過(guò)200米特碳。這激發(fā)了人們對(duì)長(zhǎng)波單模VCSELs的興趣。長(zhǎng)波VCSELs以磷化銦（InP）為基材站宗，具有高帶寬益愈、極低功耗的特點(diǎn)夷家，并提供1.3μm（O波段）至1.55μm（C波段和L波段）的經(jīng)濟(jì)高效的解決方案库快。在其它文章中報(bào)道了幾個(gè)C波段的VCSEL和鏈路钥顽，還有一個(gè)>20GHz帶寬VCSEL。然而闽铐，C波段中的傳輸受到標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SSMF）中的色散的限制奶浦，因此O波段VCSELs有望實(shí)現(xiàn)更高的比特率x距離產(chǎn)品。使用1325nm的VCSEL的直接調(diào)制鏈路被報(bào)道察迟，能夠在20km上使用NRZ達(dá)到28Gb/s耳高，在4.5km上達(dá)到40Gb/s泌枪。鏈路性能受到O波段VCSEL帶寬的限制秕岛，與C波段VCSEL相比，帶寬更少修壕。使用均衡或多電平調(diào)制技術(shù)（如4級(jí)脈沖幅度調(diào)制（PAM4））可以進(jìn)一步提高基于VCSEL的鏈路的速度遏考。例如，還有依靠高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DACs）青团、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）和DSP實(shí)現(xiàn)了15km SSMF上28G波段的PAM4傳輸咖楣，使用C波段VCSEL實(shí)現(xiàn)了1km SSMF上42G波段的傳輸。然而娃肿，對(duì)DACs料扰、ADCs和DSP的需求增加了收發(fā)器的成本、復(fù)雜性和功耗墅诡。
因此桐智，在這里，我們演示了一個(gè)相同O波段VCSEL的鏈路然磷，現(xiàn)在與傳輸側(cè)模擬6分路前饋均衡器（FFE）相結(jié)合刊驴，而不依賴(lài)于任何DSP。誤碼率（BER）是實(shí)時(shí)測(cè)量的（沒(méi)有任何離線(xiàn)處理）舅柜，沒(méi)有使用光學(xué)放大來(lái)克服鏈路丟失躲惰。
實(shí)驗(yàn)裝置
本研究中使用的O波段VCSEL是由Vertilas公司開(kāi)發(fā)的單模短腔VCSEL，基于InP埋地隧道結(jié)設(shè)計(jì)氮块，室溫下Max調(diào)制帶寬高達(dá)17GHz滔蝉。偏置電流和高速信號(hào)通過(guò)射頻微探頭和偏置T傳遞到VCSEL塔沃。光通過(guò)透鏡光纖探頭耦合到光纖中。在12mA的偏置電流下立肘，VCSEL發(fā)出1326.2nm的光名扛，光功率為4.7dbm。室溫下測(cè)得的PI和VI曲線(xiàn)如圖2所示融蹂。可以看到低閾值電流為2mA区拳，Max輸出功率為3.4mW意乓。在12mA（14mA）的偏置電流下，VCSEL消耗20.1mW（24.7mW）的電力笆凌。
圖1 O波段光鏈路實(shí)驗(yàn)設(shè)置（50Gb/s眼圖士葫，針對(duì)B2B通信優(yōu)化的傳輸眼）
光鏈路和測(cè)量設(shè)置如圖1所示。在FPGA上生成4個(gè)27比特長(zhǎng)的偽隨機(jī)比特流（PRBS）爪模，并通過(guò)適當(dāng)?shù)难舆t復(fù)用成串行27比特的PRBS流屋灌。之后鞋喇，這個(gè)串行信號(hào)是使用模擬6抽頭FFE預(yù)均衡。多路復(fù)用和均衡都是在同一個(gè)發(fā)射器IC上實(shí)現(xiàn)的，連同一個(gè)能夠產(chǎn)生大約300mVpp單端信號(hào)的50Ω驅(qū)動(dòng)器纽疟。該集成電路采用55nm的SiGe Bicmos工藝制造绞绒，功耗約0.85W愤炸。為了增加信號(hào)擺幅矾睦，采用寬帶放大器和衰減器組合枚冗，獲得14dB的寬帶放大（3dB帶寬為50GHz），單端信號(hào)擺幅約為1.35Vpp赁温。這個(gè)額外的增益級(jí)和偏置可以包括在未來(lái)的迭代的TXIC。放大后的信號(hào)用于直接調(diào)制VCSEL股囊，并使用偏置T施加稚疹。50Gb/s驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)B2B通信優(yōu)化后的眼動(dòng)圖如圖1所示。補(bǔ)償鏈路中帶寬限制所需的超調(diào)可以清楚地看到怪嫌。在鏈路上增加了一個(gè)光隔離器其屏，以防止可能干擾直接調(diào)制激光的反向反射〈ū常可變光衰減器用于控制入射到光接收器上的光功率蛤袒。采用一種商用線(xiàn)性PIN差分光接收器（Discovery半導(dǎo)體公司DSC-R409-LW），帶寬為31GHz缴允，轉(zhuǎn)換增益為159V/W练般，用于捕獲光信號(hào)锈候。接收到的信號(hào)在能夠接收NRZ信號(hào)高達(dá)100Gb/s的定制RXIC中采樣。然后用芯片上的1:4解復(fù)用器對(duì)信號(hào)進(jìn)行反序列化摄职。4個(gè)流中的一個(gè)被反饋到FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)誤碼率測(cè)量获列，而不需要任何DSP或離線(xiàn)處理。RXIC采用130nm的SiGe BiCMOS技術(shù)制造迫悠，功耗約1.2W及皂，可用于高達(dá)100Gb/s NRZ的通信。
圖2 VCSEL偏置為12mA時(shí)验烧，SSMF上不同傳輸距離下光電鏈路s參數(shù)歸一化
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