并行光發(fā)射模塊耦合技術(shù)

耦合也是光發(fā)射模塊的關(guān)鍵工藝之一，耦合的效果直接影響著出射光的性能。激光器芯片和光纖的耦合有兩種 形式：即直接耦合和間接耦合。直接耦合由激光器發(fā)出的光直接進(jìn)入光纖，不經(jīng)過其他中間元件。間接耦合則在 激光器和光纖之間加入其他光學(xué)元件，完成由激光器到光纖的耦合。

光發(fā)射模塊的光接口就是將激光器的出射光耦合到光纖中。VCSEL的出射光垂直于安裝的電路板表面，這對于器 件的封裝和應(yīng)用都不大方便，人們根據(jù)實(shí)際需求可以將光接口的方向設(shè)計(jì)為平行于電路板，這就需要使電信號或 者光信號在傳輸過程中有一個(gè)90°的轉(zhuǎn)彎，如圖1所示。而具體采用何種信號轉(zhuǎn)彎方式，還需要考慮到工藝實(shí)現(xiàn)的 難度，以及模塊的成本要求。

驅(qū)動(dòng)電路和VCSEL之間的傳輸導(dǎo)線的長度對整個(gè)模塊的工作速率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、功耗，以及電磁兼容性都 有著很大的影響。實(shí)際上，模塊的光學(xué)對準(zhǔn)精度同樣會(huì)對上述性能有所影響。例如，光纖的數(shù)值孔徑越大，意味 著耦合進(jìn)入光纖的光功率越高，同時(shí)對準(zhǔn)精度要求也會(huì)相應(yīng)降低。相反，低數(shù)值孔徑的光纖對精度的要求就很高 ，并且低耦合效率使得必須增大驅(qū)動(dòng)電流，也就相應(yīng)地增加了功耗和輻射。

最簡單的光接口是將光纖與VCSEL對接，激光器的出射光直接進(jìn)入光纖，不經(jīng)過其他中間元件，因此稱為直接耦 合。

圖2所示的是垂直耦合和水平耦合的兩種不同情況。

為了提高對準(zhǔn)精度，可以考慮在激光器與光纖之間增加其他光學(xué)組件，比如微透鏡，可以縮小光束的尺寸，如圖3所示。但是耦合時(shí)反射光也會(huì)在光源處匯聚，影響光的傳輸質(zhì)量。與透鏡系統(tǒng)類似，一個(gè)楔形的光波導(dǎo)可以增加對準(zhǔn)的精度。不同的是，一個(gè)足夠長的楔形光波導(dǎo)可以不用考慮光源處的數(shù)值孑1徑，而且在光源處也不再有反射光的干擾。與直接耦合相比，增加了光學(xué)透鏡或光波導(dǎo)的間接耦合，壓縮了光束的發(fā)散角，改善了對準(zhǔn)公差，提高了耦合效率，但是缺點(diǎn)也是很明顯的，由于添加光學(xué)組件也就相應(yīng)增加了模塊封圖3 插入微透鏡的間接耦合裝的體積和成本。

圖4是12路并行光發(fā)射模塊的耦合封裝示意圖，1×12帶狀光纖插頭插到插座上，插頭與插座之間用導(dǎo)孔固定，插座上有自聚焦透鏡，可使VCSEL的發(fā)光更好地耦合到光纖，插座固定到護(hù)欄上，護(hù)欄與插座(自聚焦透鏡)之間用微調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)對準(zhǔn)，護(hù)欄固定在PCB板上。