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随着互联网+时代数据的快速交换,有源光缆(AOC)集成了多模光纤光缆、光收发模组和控制芯片等,具有传输容量大、能耗低等优势,是数据中心、高性能计算机群等领域理想的光互连线缆。本文研究芯片托盘型垂直腔面发射激光器(VCSEL)与多模光纤(MMF)的耦合问题,首先在模式耦合理论基础上,采用重叠积分法,构造了计算VCSEL横模与MMF模场的能量耦合效率数学模型。利用数值软件MATLAB计算了:(1)当VCSEL与MMF直接对准耦合时,计算通信级VCSEL辐射的低四阶横模与MMF模场的能量耦合效率;(2)当VCSEL中心与MMF轴心间发生纵、横向位移时,计算分析了01横模与MMF的01、02、11模场能量耦合效率,计算结果表明,当VCSEL与MMF两轴心横向偏移7.5μm时,两者的耦合效率为50%,当VCSEL与MMF间轴向位移从0mm增大到1mm处,两者的耦合效率下降到8%。考虑芯片托盘型VCSEL与MMF之间存在一定位移,为了提高两者的耦合效率,利用光学软件ZEMAX优化设计了曲率半径为2.549mm,中心厚度为2mm的非球面透镜耦合系统,并在光学分析软件TRACEPRO中仿真从光源到光纤的实际耦合光路,仿真结果表明,当VCSEL出射端面与MMF入射端面分别位于两透镜的焦点处时,耦合效率为86%,同时,VCSEL芯片中心相对MMF入射端面的轴心横向偏移10μm时,VCSEL与MMF的耦合效率下降到56%。根据TP中的仿真系统,搭建实际传输光路系统,并对系统进行相关数据测量,(1)VCSEL与MMF之间未加耦合透镜系统,两者的中心相对横向偏移从0μm到20μm时,耦合效率从4.7%下降到0.12%;(2)VCSEL与MMF之间加耦合透镜系统,两者的中心相对横向偏移从0μm到20μm时,耦合效率从84%下降到25%,当耦合对准时,设计的透镜耦合系统使两者的耦合效率提高79%。由于光学元件对光束的吸收、散射及端面反射等因素影响,实验数据略小于理论计算,实验结果表明,芯片焊接过程中,应尽量避免VCSEL芯片的横向偏移,控制误差在?3μm内。