Page 41 - 网络电信2020年9月刊下

解 决 方 案

图9 光束整形光斑 图12 透镜组耦合效率

像差，光线聚焦的焦点尺寸远小于球透镜的焦点尺寸。2）半
导体激光器远场光斑呈现出椭圆形，球透镜因为内部折射率都
相同，在快轴和慢轴同时对光束进行汇聚，因而聚焦成的光斑
依然为椭圆形，这与单模光纤的模场形状不匹配，耦合效率低
下；本文利用相互垂直的两个准直透镜分别对光束的快轴和慢
轴进行压缩准直，不仅将远场光斑整形为圆形，而且将光束的
发散角进行了压缩，保证光线聚焦后与单模光纤模场的匹配
性。3）经过透镜组整形后的光束更接近高斯光束分布，能量分
图10 光束整形光斑尺寸 布集中，与单模光纤的模场分布情况更加接近。
2、透镜封装误差对耦合效率影响
新模型设计的透镜组具有3个透镜，结合同轴型器件的球
透镜封装模式，考虑将透镜组分开封装以便降低封装难度，首
先将快轴准直透镜与EML封装为一体，然后将慢轴准直透镜与非
球透镜封装为一体；这种封装方式与单纯的三个透镜分开封装
相比，可以简化光器件耦合的步骤，在耦合过程中只需要完成
EML-透镜、透镜组、光纤这三个组件的对准工作即可完成光器
件的封装。为给透镜在实际的封装过程中提供依据，图13给出
了三个透镜在Z轴的正负方向分别移动50μm耦合效率随封装误
差变化的曲线图。
图13 耦合效率与透镜封装误差关系

图11 透镜组聚焦光斑

由图13可知，在只有一种透镜作为变量而其他参数不变的
情况下，Z方向误差变化对耦合效率影响从大到小依次为快轴准
直透镜>平凸透镜>慢轴准直透镜。1）快轴准直透镜的耦合效率
与误差变化曲线正方向的趋势要大于负方向的趋势，快轴准直
透镜正方向误差越大对耦合效率造成的影响越严重；这主要因
为EML快轴的发散角很大，当快轴准直透镜距离变远时，EML的
光束不能完全穿过准直透镜，部分光线会发射到透镜外面，从
而对耦合效率造成更严重的影响；当快轴准直透镜与EML芯片距
离接近，透镜未在焦点处便对光线进行准直，因此光束在经过
慢轴准直透镜再次进行准直时，形成的光斑形状呈现椭圆形，
与光纤的模场不匹配，耦合效率降低。所以将快轴准直透镜与
EML芯片封装为一体时，要严格对封装公差进行规定，负公差的

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