垂直腔面发射激光器与多模光纤（MMF）的耦合是CXP模块光器件设计需要解决的关键问题。VCSEL属于面发射激光器，发光方向垂直于芯片贴装面，同时与光纤方向垂直，要实现激光光场与光纤的耦合，就必须拿出设计方案实现光路与光纤的平行。
第一种是“电弯折方案”：通过PCB软板弯折使光路水平，以代替光路的弯折。该方案中，CXP模块内部存在两块PCB，将软板PCB两端分别与硬板压合连接，在中间软板部分内侧贴上金属散热板，起到为芯片散热的作用。该方案的优势在于省去了弯折透镜，较为节省成本；光路没有发生弯折，直接与光纤耦合，减小了光能在入纤之前的损耗。但是该种方案必须在PCB软板上完成芯片以及驱动器的贴装，生产难度较大，并且散热以及软板与管壳的固定都存在一定难度，不利于生产制造。
所以在CXP的光路设计时，光迅科技采用了光弯折方案。这种方案首先通过一个透镜A聚合VCSEL出射光束到平面镜，平面镜反射光线通过镜B聚合到光纤入射面。这里，非球面镜A、B起到光束汇聚的作用，平面镜与水平面夹角为45°，使VCSEL垂直出射光束弯折90°变为水平方向。
光迅科技CXP数据通信模块光路部分采用无缘耦合，即需在不加电、不参考出纤光功率的情况下通过定位柱来确定光纤相对于透镜B的位置，完成耦合过程。为了得到最佳的耦合效率，关键在于设计好激光器、反射镜与光纤的相对位置，下面就来讨论分析这三者的相对位置关系。从物理光学的知识可以知道，穿过中心轴对称透镜中心的光线角度不发生偏折。这里为了简单起见，仅考虑穿过透镜中心的光线，其传播途径在这个过程中不发生偏折，那么在分析中，透镜可以省去，得到的简化原理图如图1所示。
图1 光路简化原理图
以平面镜的左端为零点基准，首先确保VCSEL以及光纤中截面在同一平面上，在此模型下，主要有四个参数会影响到偶和效率：平面镜的角度、光纤入射端面的与水平面所成的角度、光纤的位置以及激光器的位置。在图3.3中，设IB是VCSEL发出的光束，RB是经过平面镜反射之后的光束，TB是入射到光纤中的折射光线。要获取最佳的偶和效率，我们就必须使反射光线TB的传播方向平行于光纤轴向方向。在光纤断面处，应用物理光学中的Snell定理，我们可以找到光纤端面角度、镜面角度以及光线中心折射率n的关系，得到方程（3.14）。
(3.14)
除上面讨论之外，也应该考虑VCSEL与光纤位置对耦合效率的影响。在计算中，应该求出最小光束传播距离、VCSEL芯片发光中心的位置以及光纤中心的位置。如图3.3所示，以平面镜最左下端为基准点，a是光纤中心到VCSEL发光中心的水平距离，e为垂直距离，b是VCSEL发光中心到基准线的距离，c是光纤最左下到基准线的距离，d是光纤中心到基准面的距离，L是芯片的宽度，N是光纤的直径，β是光纤入射光线与水平面的夹角。设光束传播的距离为M，
则有
(3.20)
光迅科技的设计中提供的平面镜的角度为45°，选择的多模光纤直径为，光纤中心的折射率为1.45~1.50，根据公式（3.14）可以算出光纤入射端面角的值为90°，为0。根据实验测试可以知道，当时，耦合效率可以达到60%以上，而当光纤倾斜角增到5°时，光纤耦合效率几乎减到一半。这里应当注意，因为使用了45°平面镜以及平口光纤，理论上的平口光纤端面的反射光线延入射光光路折返到VCSEL内部造成回波干扰，应尽量增大回波损耗，但在情况中，回波干扰影响并不是很大，可以忽略不计。
由于本设计中平面镜以及光纤端面角度都都是定值，所以可以主要以VCSEL以及光纤的位置为主要变量，来分析判断激光光束与多模光纤的耦合情况。这里使用光束质量分析仪以及配套的Nanoscan软件来观察分析光纤出射端的光场能量分布情况与光纤以及VCSEL的位置变化关系。测试平台如图3.4所示。
图3.4 光束质量实验平台
本实验中，将VCSEL芯片贴装在PCB上，由夹具A固定，可以通过调节旋钮A、B、C来控制VCSEL在方向上的移动，旋钮的精度很高，原理类似于螺旋测位计，可以从旋钮上读出VCSEL的当前相对位移；透镜A、B以及平面镜组成透镜组；MN为一段多模光纤，由夹具B固定，旋钮、、来控制光纤在方向上的移动；透镜C为光束质量分析仪的提供光束的汇聚，光束质量分析仪将收集到的光束能量处理后传送给PC进行进一步的处理成像，这里主要考察光纤出射端N处的出光功率以及光场的能量分布的情况——各阶模式分布越分散的，光束质量越差，在光纤之中衰减越大。
实验数据表明，VCSEL与光纤的耦合效率与他们在截面方向上的位移有着显著的依赖关系，VCSEL的偏移比光纤的偏移对耦合效率的影响更加显著；截面方向上很小的位移对耦合效率的影响就十分明显；对于轴向方向的偏差，影响效果没有截面方向的明显；在“某一点”附近，具有最大的耦合光功率，从“某一点”向轴向方向两侧移动，耦合效率逐渐下降。通过参考透镜组的相关参数可以发现，“某一点”在透镜焦点附近，考虑实际情况误差存在，可以推断，当VCSEL在光纤分别处在透镜A、B焦点附近时，会有最大的耦合效率，在制造过程中，应尽量避免VCSEL以及光纤在截面方向上的偏移，芯片的偏移应该尽量控制在以内，光纤的偏移量应该控制在以内。
根据光迅科技的研究表明，各阶模式越分散的，整体包络越宽，信号质量也就越差；整体包络越靠近光纤边缘的，衰减越大，信号质量越差。随着光纤轴向移动到端面与透镜焦点重合，光场的能量分布逐渐变得集中；VCSEL的轴向偏移以及侧向偏移都会使得入纤光场的模式能量分散，或者说能量会出现向高阶模的转移；光纤的侧向偏移会使相应的能量分布出现偏移，在一定范围内，这种偏移只是光场位置上的偏移，对光能的模式分布情况以及能量集中程度没有明显的影响。所以，在光路制造过程中，要严格控制芯片的贴装精度。 
