如何将VCSEL的光耦合到PIC晶圆平面内呢？

VCSEL 是光子集成电路 (PIC) 的理想光源。然而VCSEL 发射垂直于晶圆平面，而 PIC 位于晶圆平面内。因此如何将VCSEL的光耦合到PIC晶圆平面内呢？

目前，从VCSEL到平面内PIC的光耦合至少有 4 种方法。第一种最直接的方法是使用端到端耦合，将 VCSEL 放置在平面内波导的末端。构建光斑尺寸转换器以减少 VCSEL 和面内波导之间的耦合损耗。如下图所示是基于 SOI 平台的 VCSEL 和 PIC 之间的端到端耦合。

为了保证 VCSEL 和硅波导之间的高耦合效率，始终采用 PIC 侧的光斑尺寸转换器第二种方法是使用 45° 微反射器将垂直入射光从位于波导顶部表面的 VCSEL 引导到平面内波导。45° 微反射器可以机械或通过蚀刻制造，但耦合效率是一个非常关键的问题。

第三种方法基于光栅耦合器。将衍射光栅插入基于 GaAs 的 VCSEL 的顶部 DBR 中，从而将光耦合到水平波导中 。这种单片技术需要外延再生长，另一种更直接的方法是将表面光栅蚀刻到无需外延再生长的VCSEL顶部DBR的顶层。这种表面光栅实现了 40% 的耦合效率。

最近，硅光栅耦合器将来自VCSEL的光耦合到波导中，显示封装PIC在1550 nm处的20 Gbps非归零（NRZ）传输。第四种方法是使用光子引线键合技术将 VCSEL 连接到面内波导 。新兴的光子线键合技术已用于芯片间互连和芯片与光纤互连。

近年来，通过光子线键合实现了硅光子电路和基于InP的水平腔表面发射激光器的混合集成，这表明光子线键结技术是实现VCSEL和PIC之间集成的一种很有前景的方法。