我們展示了一種自由運(yùn)行的直接調(diào)制1580nm VCSEL均澳，適用于支持云數(shù)據(jù)中心的混合無線/光學(xué)互連。通過6.5GHz無線鏈路和1km彎曲不敏感光纖，實(shí)現(xiàn)了1.25Gbps的無差錯(cuò)傳輸找前。
用于1.25Gbps混合無線光纖云光互連的自由運(yùn)行L波段vcsel
數(shù)據(jù)中心應(yīng)用對(duì)更高帶寬、靈活性和可靠性的需求鼓勵(lì)了對(duì)云計(jì)算架構(gòu)的研究，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)成本效益高饮睬、可擴(kuò)展、并行光互連的高效數(shù)據(jù)中心翰守。通信瓶頸被認(rèn)為是不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心面臨的Max挑戰(zhàn)之一鞭达；這促使波分復(fù)用（WDM）光互連在高度聚合的數(shù)據(jù)流量鏈路中提供數(shù)據(jù)帶寬可擴(kuò)展性』蓖危混合無線光互連系統(tǒng)可以在云節(jié)點(diǎn)之間提供備用數(shù)據(jù)路徑锄蹂，允許進(jìn)一步的流量擴(kuò)展或提供改進(jìn)的服務(wù)可靠性。
垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）器件由于其緊湊的尺寸和低的工作電流水平水慨，適用于高密度云應(yīng)用得糜。沒有溫度或波長(zhǎng)控制的VCSEL操作可以進(jìn)一步降低能耗和發(fā)射機(jī)的復(fù)雜性。在波分復(fù)用（WDM）場(chǎng)景中晰洒，緊湊的L波段（1565nm至1625nm）VCSEL發(fā)射機(jī)通過增加波長(zhǎng)信道化來增強(qiáng)帶寬縮放朝抖。在云數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，由于物理空間的限制谍珊，服務(wù)器密度較高治宣，因此推薦使用G.657型彎曲不敏感光纖。BIF具有類似于G.652單模光纖（SMF）的光學(xué)特性砌滞，但其減少的宏觀彎曲損耗使光學(xué)工廠基礎(chǔ)設(shè)施的安裝間隙更緊侮邀，從而增加了云服務(wù)器安裝中的節(jié)點(diǎn)密度
以前，光注入鎖定（OIL）使工作在850nm和1540nm波長(zhǎng)的VCSEL發(fā)射機(jī)能夠在60GHz光纖無線電（RoF）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)3Gbps調(diào)制贝润。脈沖無線電超寬帶（IR-UWB）在2m無線鏈路上以1Gbps的速度傳輸绊茧，使用850nmVCSEL設(shè)備。我們擴(kuò)展了L波段VCSEL和混合無線電/光纖鏈路的先前工作打掘，引入了一種新穎的自由運(yùn)行的L波段VCSEL华畏，工作在1580納米的混合無線電/光纖互連中。在1375px空中鏈路和1km G.657BIF后尊蚁，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)速率為1.25Gbps的無差錯(cuò)傳輸唯绍，誤碼率（BER）低于10-9。這是已知的第1個(gè)自由運(yùn)行的L波段VCSEL器件在實(shí)現(xiàn)混合光互連架構(gòu)的混合無線電/光纖鏈路中的演示枝誊。
1580nmVCSEL的特征
L波段VCSELs具有工作電流要求低况芒、體積小等優(yōu)點(diǎn)，適用于寬帶云光互連；這種裝置的波長(zhǎng)調(diào)諧也可用于WDM傳輸绝骚。我們實(shí)現(xiàn)了一種新型的1580nm VCSEL耐版，型號(hào)為Vertilas VL-1585-10-SE-T4。該器件的閾值電流為0.85mA压汪，在25°C下提供3.9mW的光功率粪牲，并且可以在沒有溫度或波長(zhǎng)控制的情況下工作。VCSEL使用的原型機(jī)沒有扎辮子止剖；在器件孔徑處對(duì)準(zhǔn)一個(gè)劈裂的SMF尾纖腺阳，收集輸出光束。
在功率和波長(zhǎng)對(duì)施加偏置電流的響應(yīng)方面穿香，該器件的直流特性如圖1a所示亭引。插圖顯示了得到的光譜樣本；非調(diào)制連續(xù)波（實(shí)心皮获，黑色）和調(diào)制（紅色焙蚓，虛線）輸出。器件波長(zhǎng)在1575-1580nm之間變化洒宝；獲得的Max光功率為0.6mW(-2.55dbm)购公；側(cè)模抑制比（SMSR）為42dB。
圖1 a)自由運(yùn)行1580nm VCSEL的直流響應(yīng)雁歌；功率（黑色三角形）和波長(zhǎng)（藍(lán)色圓圈）隨偏置電流的變化宏浩。插圖：在VCSEL輸出處獲得的樣品光譜；
(b)誤碼率對(duì)PD輸入功率的靈敏度靠瞎，B2B（黑色方框）和1km BIF（紅色圓圈）比庄；
(c)在開關(guān)天線處觀察到的眼睛（藍(lán)色，頂部）较坛，1公里BIF后（粉紅色印蔗，下方）。
系統(tǒng)架構(gòu)
實(shí)現(xiàn)可選無線信令路徑的WDM光互連基礎(chǔ)設(shè)施可以通過緩解通信瓶頸和提高可靠性丑勤，顯著提高云數(shù)據(jù)服務(wù)器中心架構(gòu)的性能华嘹。云服務(wù)器架構(gòu)的布局如圖2a所示，其中WDM光互連（實(shí)色法竞，藍(lán)色）提供寬帶通信平臺(tái)耙厚；可實(shí)現(xiàn)替代無線連接（虛線，紅色）岔霸，以便在鏈路或節(jié)點(diǎn)故障時(shí)繼續(xù)運(yùn)行云服務(wù)薛躬。
所使用的評(píng)估布局如圖2b所示。在集群節(jié)點(diǎn)呆细，信號(hào)由脈沖模式發(fā)生器產(chǎn)生型宝，該發(fā)生器提供不歸零開關(guān)鍵（NRZ-OOK）脈沖；使用長(zhǎng)度為27-1位的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列（PRBS）數(shù)據(jù)模式。電子射頻（RF）混頻器用于將信號(hào)上轉(zhuǎn)換為6.5GHz射頻載波趴酣；在無線傳輸之前由此獲得并放大的移幅鍵信號(hào)梨树。在1375px無線鏈路的兩端使用全向天線；這些型號(hào)為Geozondas AU-3.1G10.6G1岖寞，在6GHz時(shí)指定為10dBi增益抡四。在交換節(jié)點(diǎn)，接收到的射頻信號(hào)被放大仗谆，并通過匹配的射頻混頻器下轉(zhuǎn)換到基帶指巡。在實(shí)踐中，鎖相環(huán)將消除本地產(chǎn)生的6.5GHz射頻載波和接收到的射頻信號(hào)之間的相位偏移隶垮，然而在本次評(píng)估中藻雪，電延遲線與射頻載波的副本（來自集群節(jié)點(diǎn)）一起使用，以實(shí)現(xiàn)所需的相位校正岁疼。交換節(jié)點(diǎn)的下變頻信號(hào)用于調(diào)制直調(diào)l波段VCSEL阔涉。自由運(yùn)行的VCSEL偏置遠(yuǎn)離閾值缆娃，在其線性電壓輸入范圍內(nèi)工作捷绒；它的工作沒有溫度控制或波長(zhǎng)穩(wěn)定。在VCSEL輸出端使用光功率計(jì)（OPM）來保證劈裂光纖和VCSEL孔徑的z佳對(duì)準(zhǔn)贯要。使用光譜分析儀（OSA）驗(yàn)證進(jìn)入BIF的干凈光信號(hào)暖侨。交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間使用的1km BIF衰減為1.2dB。在網(wǎng)關(guān)接收端崇渗，可變光衰減器用于調(diào)節(jié)光電二極管（PD）的輸入功率字逗。采用PD后放大，保證誤碼率測(cè)試儀（BERT）器件有足夠的電壓擺幅宅广；采用1.8GHz PD后低通濾波葫掉，提高信噪比（SNR）。通過眼圖觀察和誤碼率對(duì)PD輸入功率評(píng)估的靈敏度來表征系統(tǒng)性能跟狱。
結(jié)論
誤碼率對(duì)PD輸入功率特性的靈敏度如圖1b所示俭厚；眼圖觀測(cè)結(jié)果如圖1c所示。我們觀察到通過混合無線電/光纖鏈路在接收光功率為23.4dBm時(shí)驶臊，在1kmBIF傳輸后實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸挪挤；光傳輸裕度為20.95dB藕溅。從圖1c所示的眼圖中可以看出悠菜，在開關(guān)節(jié)點(diǎn)無線傳輸和下變頻后得到的信號(hào)有一個(gè)清晰的睜開眼（藍(lán)色，頂部）嚷闭，信噪比為6.58dB纵寝，峰值電壓（Vpp）為340.4mV论寨。通過1公里光纖進(jìn)一步傳輸并在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光檢測(cè)后，獲得的信號(hào)（粉色，下圖）呈現(xiàn)清晰的睜開眼葬凳，信噪比為2.75dB贞铣。在1km BIF后觀察到低于1dB的傳輸功率損失。
圖2 (a)云服務(wù)器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)WDM光互連與備用無線連接
(b)實(shí)驗(yàn)布局：
BERT沮明，誤碼率測(cè)試儀辕坝；
BIF，彎曲不敏感纖維荐健；
OPM：光功率計(jì)酱畅；
OSA，光譜分析儀江场；
PPG纺酸，脈沖模式發(fā)生器。
我們已經(jīng)演示了在云光學(xué)互連中通過混合無線電/光纖鏈路實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦蚅波段VCSEL設(shè)備的使用址否；在55厘米的空中鏈路上實(shí)現(xiàn)了1.25Gbps餐蔬，隨后是自由運(yùn)行的1580納米VCSEL和1公里G.657 BIF。更遠(yuǎn)距離的無線傳輸可以用更高增益的放大器來實(shí)現(xiàn)佑附。所使用的L波段VCSEL在沒有溫度控制的情況下運(yùn)行樊诺，使其能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊、節(jié)能的寬帶收發(fā)器音同，適合部署在高密度云數(shù)據(jù)服務(wù)安裝的WDM光互連中词爬。在WDM光互連中成功實(shí)現(xiàn)這種混合無線電/光纖鏈路，突出了所使用VCSEL設(shè)備的靈活性权均，并顯著提高了云服務(wù)架構(gòu)的連接性顿膨、可靠性和性能。低傳輸懲罰鼓勵(lì)進(jìn)一步研究VCSEL在互連應(yīng)用中的可用性叽赊。這些結(jié)果鼓勵(lì)進(jìn)一步研究WDM光互連的潛力恋沃，以支持云交付系統(tǒng)，同時(shí)降低能耗必指。
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