本技術(shù)涉及光通信，具體涉及一種光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)及包括其的vcsel。

背景技術(shù)：

1、vcsel（垂直腔面發(fā)射激光器）的穩(wěn)定運(yùn)行在許多應(yīng)用中具有重要意義。首先，vcsel的可靠性是其廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。穩(wěn)定的運(yùn)行延長(zhǎng)了器件的使用壽命，減少了維護(hù)和更換成本，從而確保系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性。其次，穩(wěn)定的vcsel輸出光強(qiáng)度和波長(zhǎng)確保了系統(tǒng)性能的一致性和精確性，這對(duì)于高精度測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸至關(guān)重要。

2、在光通信系統(tǒng)中，vcsel的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于降低誤碼率、提高數(shù)據(jù)傳輸速度和質(zhì)量具有重要作用。此外，穩(wěn)定的vcsel運(yùn)行有助于優(yōu)化熱管理，防止因過熱而導(dǎo)致的性能下降或器件失效。能耗管理也是穩(wěn)定運(yùn)行的重要方面，通過穩(wěn)定運(yùn)行可以優(yōu)化能耗，提高系統(tǒng)的能源效率，減少功耗。

3、影響vcsel溫度運(yùn)行的因素包括電流注入、散熱設(shè)計(jì)、環(huán)境溫度、封裝方式和工作頻率。注入電流直接影響vcsel的發(fā)熱量，過高的電流會(huì)導(dǎo)致過熱，而過低的電流則可能無法達(dá)到所需的發(fā)光強(qiáng)度。散熱設(shè)計(jì)和材料選擇對(duì)溫度控制至關(guān)重要，良好的散熱設(shè)計(jì)可以有效減少熱積累。外界環(huán)境溫度的變化會(huì)影響vcsel的工作溫度，高環(huán)境溫度可能導(dǎo)致散熱困難，增加器件溫度。封裝設(shè)計(jì)影響散熱性能，良好的封裝可以提高熱導(dǎo)率，增強(qiáng)散熱效果。工作頻率也會(huì)影響發(fā)熱量，高頻率運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致更多的熱量積累。

4、通過光反饋控制可以有效實(shí)現(xiàn)vcsel的穩(wěn)定運(yùn)行。使用光探測(cè)器（如光電二極管）實(shí)時(shí)檢測(cè)vcsel的輸出光強(qiáng)度，并將信號(hào)反饋給控制單元，通過調(diào)節(jié)注入電流確保輸出光強(qiáng)度的穩(wěn)定。設(shè)計(jì)反饋電路，包括放大器、比較器和調(diào)節(jié)電路，光探測(cè)器的輸出信號(hào)經(jīng)過放大后，與參考信號(hào)比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)。控制單元根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整vcsel的注入電流，確保輸出光強(qiáng)度的穩(wěn)定。

5、通常使用光纖分束器，將vcsel部分輸出光分束到光探測(cè)器上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光的輸出功率，通過反饋信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)功率波動(dòng)帶來的變化，從而補(bǔ)償各種波動(dòng)對(duì)激光功率的影響。光纖分束器便于集成在vcsel輸出路徑中，減少了外部光學(xué)元件的需求，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。相比于使用多個(gè)獨(dú)立的光路監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)方案，光纖分束器結(jié)合反饋控制能夠在保持較小尺寸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

6、當(dāng)vcsel的輸出功率較高時(shí)，光纖分束器的溫度升高，光纖或波導(dǎo)材料的折射率發(fā)生變化，導(dǎo)致光信號(hào)在光纖分束器內(nèi)部的分配比例（分束比）發(fā)生改變。另外，溫度升高也導(dǎo)致光纖的幾何尺寸發(fā)生微小變化，如光纖的熱膨脹，這影響了光信號(hào)的分布，最終也影響了反饋信號(hào)的光強(qiáng)度，進(jìn)而影響vcsel的反饋控制，導(dǎo)致調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路不穩(wěn)定，影響vcsel的輸出功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決以上問題，本發(fā)明一方面提供了一種光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)，包括光纖分束器本體、緩沖層、導(dǎo)熱層和剛性層，光纖分束器本體為熔融拉錐光纖分束器，緩沖層包覆光纖分束器本體，導(dǎo)熱層包覆緩沖層，剛性層包覆導(dǎo)熱層。

2、熔融拉錐光纖分束器是一種通過加熱并拉伸光纖實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分配的分束器。制作熔融拉錐光纖分束器時(shí)，將兩根或多根光纖加熱到軟化點(diǎn)，然后在受控條件下拉伸，形成錐形區(qū)域。在該錐形區(qū)域中，光信號(hào)通過光纖的耦合效應(yīng)被均勻或不均勻地分配到不同的輸出光纖。熔融拉錐光纖分束器結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低，適合應(yīng)用于vcsel。本技術(shù)光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)中，緩沖層吸收機(jī)械應(yīng)力、減震和防止沖擊，保護(hù)光纖分束器本體免受外界機(jī)械力的損害，減少由于機(jī)械振動(dòng)、彎曲或外界沖擊導(dǎo)致的應(yīng)力傳遞到光纖核心，保持分束比的穩(wěn)定；導(dǎo)熱層用于散熱，確保光纖分束器本體在高功率或高溫環(huán)境中能夠有效將熱量導(dǎo)出，防止過熱影響光纖分束器本體的性能；剛性層提高物理強(qiáng)度，防止外部沖擊、擠壓或磨損，確保整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定和耐用性。本技術(shù)從力學(xué)和熱學(xué)兩個(gè)方面出發(fā)，優(yōu)化光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)，使得光纖分束器本體產(chǎn)生穩(wěn)定的分束比，最終使得vcsel產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。

3、更進(jìn)一步地，緩沖層的材料為硅膠，硅膠具有良好的柔韌性和彈性，能夠有效吸收外界的機(jī)械振動(dòng)、沖擊以及物理應(yīng)力，防止光纖因受到外力而影響分束比。導(dǎo)熱層的材料為導(dǎo)熱硅膠，導(dǎo)熱硅膠的導(dǎo)熱性好，且具有柔性，能夠在保持柔軟性的同時(shí)有效傳導(dǎo)熱量，將光纖分束器本體工作過程中產(chǎn)生的熱量傳遞到外層，避免過熱問題。剛性層的材料為不銹鋼，不銹鋼材料具有極高的機(jī)械強(qiáng)度，能夠?yàn)楣饫w分束器本體提供堅(jiān)固的外部保護(hù)，而且不銹鋼材料具有良好的導(dǎo)熱性能，進(jìn)一步保護(hù)光纖分束器本體的正常工作。

4、在光纖分束器結(jié)構(gòu)中，耦合區(qū)和核心區(qū)是兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)域，它們的功能和熱量分布不同。耦合區(qū)是指光纖分束器中光信號(hào)進(jìn)行分配和耦合的區(qū)域，是光纖被熔融拉錐的部分，光信號(hào)在耦合區(qū)通過光纖的幾何變化和相互耦合作用，從而一根光纖傳遞到多根光纖，光信號(hào)的分束比主要在耦合區(qū)內(nèi)決定。核心區(qū)是指光纖分束器中光信號(hào)主要傳播的部分，是光纖分束器的穩(wěn)定區(qū)段，光纖沒有明顯的形狀變化，光信號(hào)沿著光纖的纖芯傳播，不發(fā)生耦合或分束。在耦合區(qū)，光信號(hào)從一根光纖傳遞到多根光纖的過程中，部分光能量會(huì)因?yàn)楣饫w之間的耦合作用產(chǎn)生損耗，這些損耗的光能以熱能的形式釋放出來，耦合區(qū)的光纖形狀由于拉錐過程變得更為復(fù)雜和精細(xì)，導(dǎo)致熱傳導(dǎo)性能下降，加上光信號(hào)在該區(qū)域的多次反射和分束，導(dǎo)致熱量更容易積累在該區(qū)域。相反，在核心區(qū)，光信號(hào)沿光纖的纖芯傳播，幾乎沒有能量損耗或幾何結(jié)構(gòu)變化，因此核心區(qū)產(chǎn)生的熱量相對(duì)較少。在光纖分束器本體的耦合區(qū)，緩沖層厚、導(dǎo)熱層??；使用較薄的導(dǎo)熱層有助于將熱量迅速傳遞出去，而較厚的緩沖層則可以吸收機(jī)械應(yīng)力，防止因外界振動(dòng)或壓力影響耦合區(qū)的光學(xué)性能。在光纖分束器本體的核心區(qū)，緩沖層薄、導(dǎo)熱層厚；使用較薄的緩沖層減少了熱量的隔離，而較厚的導(dǎo)熱層能夠更好地散發(fā)熱量，保持核心區(qū)的溫度穩(wěn)定。這種區(qū)域化的設(shè)計(jì)在不同功能區(qū)域根據(jù)熱量需求和機(jī)械應(yīng)力特點(diǎn)作出優(yōu)化，使得整體結(jié)構(gòu)更加合理。

5、另一方面，本發(fā)明提供了一種vcsel，該vcsel包括vcsel本體和上述光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)。除vcsel本體和上述光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)外，還包括第一光纖、第二光纖、光探測(cè)器、反饋控制單元。vcsel本體發(fā)出激光，激光耦合進(jìn)入第一光纖的一端，第一光纖另一端連接光纖分束器本體，激光被光纖分束器本體分束后，一路連接第二光纖的一端，第二光纖的另一端連接光探測(cè)器，反饋控制單元連接光探測(cè)器和vcsel本體，反饋控制單元根據(jù)光探測(cè)器的電信號(hào)調(diào)整vcsel本體的工作點(diǎn)。

6、本技術(shù)應(yīng)用光束分束器封裝結(jié)構(gòu)將vcsel本體輸出的激光穩(wěn)定地分成多個(gè)光束，這些光束的比例在制造時(shí)已經(jīng)被精確設(shè)定并經(jīng)過校準(zhǔn)。因此，光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)能夠提供一個(gè)穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)的光強(qiáng)度分配，確保一部分光強(qiáng)度用于主要應(yīng)用，另一部分光強(qiáng)度用于反饋控制，這種穩(wěn)定性確保了反饋信號(hào)的準(zhǔn)確性，從而保證了vcsel本體的穩(wěn)定輸出。

7、更進(jìn)一步地，vcsel本體發(fā)出的激光通過光纖對(duì)準(zhǔn)的方式耦合進(jìn)入第一光纖，所述光纖分束器本體為2×2分束器。

8、更進(jìn)一步地，光纖分束器本體的分束比率為90:10，少量的光被耦合進(jìn)入第二光纖。

9、更進(jìn)一步地，光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)被置于密封盒內(nèi)。

10、更進(jìn)一步地，第一光纖和第二光纖貫穿密封盒，第一光纖和第二光纖在密封盒內(nèi)連接光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)。

11、更進(jìn)一步地，光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)通過固定在密封盒內(nèi)表面的金屬支架固定。

12、本發(fā)明的有益效果：

13、（1）本發(fā)明采用硅膠作為緩沖層，能夠有效吸收外界的機(jī)械振動(dòng)和沖擊，防止外部壓力對(duì)光纖分束器的核心和耦合區(qū)造成應(yīng)力傳遞，保證分束比不受機(jī)械因素影響。剛性層的不銹鋼材料提供了良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊性，確保在高振動(dòng)或惡劣環(huán)境中，光纖分束器和vcsel整體系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命。

14、（2）本發(fā)明通過光纖分束器耦合區(qū)和核心區(qū)的區(qū)域化設(shè)計(jì)，熱量能夠有效散發(fā)，減少了因溫度升高導(dǎo)致的分束比波動(dòng)。導(dǎo)熱層和緩沖層的優(yōu)化設(shè)計(jì)確保了不同區(qū)域的散熱效果，避免了溫度不均對(duì)光纖分束器本體性能的影響，最終提高了vcsel的輸出功率穩(wěn)定性。這種設(shè)計(jì)有效解決了高功率工作時(shí)的熱量管理問題，使vcsel在高溫或惡劣環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作

15、（3）本發(fā)明通過光纖分束器將vcsel輸出的激光部分分束到光探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的功率反饋。反饋控制單元根據(jù)探測(cè)器的電信號(hào)調(diào)整vcsel的工作點(diǎn)，保持輸出功率的穩(wěn)定性。該設(shè)計(jì)減少了輸出功率波動(dòng)，避免因溫度或機(jī)械因素引發(fā)的信號(hào)失真，確保光信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，適合在高精度光通信和傳感系統(tǒng)中使用。

16、（4）本發(fā)明將光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)置于密封盒內(nèi)，密封盒提供了穩(wěn)定的環(huán)境條件，有助于減少穩(wěn)定或濕度變化對(duì)光纖分束器本體的影響，從而使得光纖分束器本體提供了穩(wěn)定的分束比率；另外，密封盒隔離了光纖分束器封裝結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境的物理接觸，減少機(jī)械振動(dòng)或碰撞對(duì)光纖分束器的影響，有助于光纖分束器提供穩(wěn)定的分束比率。

17、（5）本發(fā)明采用的金屬支架易于散熱，將光纖分束器本體產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至密封盒的內(nèi)表面，降低了光纖分束器本體的溫度，保證了光纖分束器本體提供穩(wěn)定的分束比率。

18、綜合以上有益效果，本發(fā)明在光通信技術(shù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。