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[导读]耦合也是光发射模块的关键工艺之一,耦合的效果直接影响着出射光的性能。激光器芯片和光纤的耦合有两种 形式:即直接耦合和间接耦合。直接耦合由激光器发出的光直接进入光纤,不经过其他中间元件。间接耦合则在 激光

耦合也是光发射模块的关键工艺之一,耦合的效果直接影响着出射光的性能。激光器芯片和光纤的耦合有两种 形式:即直接耦合和间接耦合。直接耦合由激光器发出的光直接进入光纤,不经过其他中间元件。间接耦合则在 激光器和光纤之间加入其他光学元件,完成由激光器到光纤的耦合。

光发射模块的光接口就是将激光器的出射光耦合到光纤中。VCSEL的出射光垂直于安装的电路板表面,这对于器 件的封装和应用都不大方便,人们根据实际需求可以将光接口的方向设计为平行于电路板,这就需要使电信号或 者光信号在传输过程中有一个90°的转弯,如图1所示。而具体采用何种信号转弯方式,还需要考虑到工艺实现的 难度,以及模块的成本要求。

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驱动电路和VCSEL之间的传输导线的长度对整个模块的工作速率、灵敏度、动态范围、功耗,以及电磁兼容性都 有着很大的影响。实际上,模块的光学对准精度同样会对上述性能有所影响。例如,光纤的数值孔径越大,意味 着耦合进入光纤的光功率越高,同时对准精度要求也会相应降低。相反,低数值孔径的光纤对精度的要求就很高 ,并且低耦合效率使得必须增大驱动电流,也就相应地增加了功耗和辐射。

最简单的光接口是将光纤与VCSEL对接,激光器的出射光直接进入光纤,不经过其他中间元件,因此称为直接耦 合。

图2所示的是垂直耦合和水平耦合的两种不同情况。

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图3  插入微透镜的间接耦合

为了提高对准精度,可以考虑在激光器与光纤之间增加其他光学组件,比如微透镜,可以缩小光束的尺寸,如图3所示。但是耦合时反射光也会在光源处汇聚,影响光的传输质量。与透镜系统类似,一个楔形的光波导可以增加对准的精度。不同的是,一个足够长的楔形光波导可以不用考虑光源处的数值孑1径,而且在光源处也不再有反射光的干扰。与直接耦合相比,增加了光学透镜或光波导的间接耦合,压缩了光束的发散角,改善了对准公差,提高了耦合效率,但是缺点也是很明显的,由于添加光学组件也就相应增加了模块封图3 插入微透镜的间接耦合装的体积和成本。

图4是12路并行光发射模块的耦合封装示意图,1×12带状光纤插头插到插座上,插头与插座之间用导孔固定,插座上有自聚焦透镜,可使VCSEL的发光更好地耦合到光纤,插座固定到护栏上,护栏与插座(自聚焦透镜)之间用微调节机构调节对准,护栏固定在PCB板上。

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