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可調(diào)諧激光器
MEMS可調(diào)諧VCSEL使760kHz OCT掃描成為可能
材料來(lái)源:激光世界           錄入時(shí)間:2011-9-9 10:31:21

注:本文版權(quán)為《激光世界》所有,未經(jīng)許可,請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載!

作者:Gail Overton

微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)可調(diào)諧垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)將成為掃頻光學(xué)相干層析(OCT)應(yīng)用的理想選擇,這是由于它們具有可獲得高掃描速度的微米級(jí)腔長(zhǎng)和輕巧的反射鏡、無(wú)跳模的單模運(yùn)行,以及用于較長(zhǎng)成像范圍的長(zhǎng)動(dòng)態(tài)相干長(zhǎng)度。然而,在MEMS可調(diào)諧VCSEL提供晶片級(jí)的制造、測(cè)試和相對(duì)較低的運(yùn)行成本的同時(shí),其輸出功率和可調(diào)諧性也受到了限制,此前報(bào)道的最佳性能為在1550nm波長(zhǎng)處獲得65nm的調(diào)諧范圍。

最近,麻省理工學(xué)院以及Thorlabs等公司的科學(xué)家們已經(jīng)改善了這種情況,他們開(kāi)發(fā)出了一種1310nm的單模MEMS可調(diào)諧VCSEL,調(diào)諧范圍達(dá)110nm,將調(diào)諧范圍因子(Δλ/λ)提高至接近原來(lái)的兩倍。該新型寬帶可調(diào)諧光源獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的760kHz的軸向掃描速度,并利用光放大實(shí)現(xiàn)了40mW的平均功率輸出,為掃頻OCT開(kāi)辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。

單模運(yùn)行與MEMS調(diào)諧

可調(diào)諧VCSEL是通過(guò)將寬增益的基于磷化銦(InP)的量子阱激活區(qū),與基于砷化鎵(GaAs)的氧化反射鏡結(jié)合在一起構(gòu)建而成的。由980nm的激光光源泵浦該器件,懸浮在該結(jié)構(gòu)頂部的、由氣隙隔開(kāi)的靜電驅(qū)動(dòng)介質(zhì)反射鏡會(huì)發(fā)生移動(dòng),從而產(chǎn)生1310nm的可調(diào)諧發(fā)射(如圖)。隨后,發(fā)射光被耦合到寬帶半導(dǎo)體光學(xué)放大器中,這不僅能提高輸出功率,而且還能在可調(diào)諧VCSEL的輸出光進(jìn)入OCT系統(tǒng)之前對(duì)其整形。

 圖:反射鏡與量子阱結(jié)構(gòu)鍵合,構(gòu)成了可調(diào)諧VCSEL的核心,在置于該結(jié)構(gòu)上部的靜電驅(qū)動(dòng)介質(zhì)反射鏡的輔助下,實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧的1310nm的輸出光(a)。作為OCT系統(tǒng)的可調(diào)諧光源,可調(diào)諧VCSEL為指墊(finger-pad)成像提供了760kHz的軸向掃描速度(b)。這里,一組4張深度差為125µm512×512的正面指墊圖像顯示了可調(diào)諧VCSEL的掃描OCT能力。

 

對(duì)于軸向掃描的760kHz超高速成像,在4.5mm的成像深度觀察到6dB的衰減,對(duì)可調(diào)諧VCSEL而言,對(duì)應(yīng)于最小9mm的相干長(zhǎng)度。對(duì)于軸向掃描的150kHz的較低成像速率,在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)測(cè)得了超過(guò)25mm的相干長(zhǎng)度。成像速度和范圍都明顯優(yōu)于其他掃頻激光光源。由于VCSEL工作在真正的單縱模模式,而不是一系列模式,它們能夠以可調(diào)節(jié)的重復(fù)頻率進(jìn)行掃描,同時(shí)保持卓越的相干長(zhǎng)度。

“對(duì)于下一代OCT而言,單模、高速掃頻源具有非常廣泛的發(fā)展前景,”麻省理工學(xué)院電氣工教授James Fujimoto說(shuō),“這些光源提供了創(chuàng)紀(jì)錄的成像性能,定能開(kāi)拓各種新的應(yīng)用和市場(chǎng)。”

 

參考文獻(xiàn)
1. V. Jayaraman et al., 2011 Conf. on Lasers and Electro Optics (CLEO), postdeadline paper PDPB2, Baltimore, MD (May 2011).


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