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作者：Gail Overton

微電子機械系統(tǒng)（MEMS）可調諧垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）將成為掃頻光學相干層析（OCT）應用的理想選擇，這是由于它們具有可獲得高掃描速度的微米級腔長和輕巧的反射鏡、無跳模的單模運行，以及用于較長成像范圍的長動態(tài)相干長度。然而，在MEMS可調諧VCSEL提供晶片級的制造、測試和相對較低的運行成本的同時，其輸出功率和可調諧性也受到了限制，此前報道的最佳性能為在1550nm波長處獲得65nm的調諧范圍。

最近，麻省理工學院以及Thorlabs等公司的科學家們已經(jīng)改善了這種情況，他們開發(fā)出了一種1310nm的單模MEMS可調諧VCSEL，調諧范圍達110nm，將調諧范圍因子（Δλ/λ）提高至接近原來的兩倍。該新型寬帶可調諧光源獲得了創(chuàng)紀錄的760kHz的軸向掃描速度，并利用光放大實現(xiàn)了40mW的平均功率輸出，為掃頻OCT開辟了新的應用領域。

單模運行與MEMS調諧

可調諧VCSEL是通過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）的氧化反射鏡結合在一起構建而成的。由980nm的激光光源泵浦該器件，懸浮在該結構頂部的、由氣隙隔開的靜電驅動介質反射鏡會發(fā)生移動，從而產(chǎn)生1310nm的可調諧發(fā)射（如圖）。隨后，發(fā)射光被耦合到寬帶半導體光學放大器中，這不僅能提高輸出功率，而且還能在可調諧VCSEL的輸出光進入OCT系統(tǒng)之前對其整形。

對于軸向掃描的760kHz超高速成像，在4.5mm的成像深度觀察到6dB的衰減，對可調諧VCSEL而言，對應于最小9mm的相干長度。對于軸向掃描的150kHz的較低成像速率，在實驗中已經(jīng)測得了超過25mm的相干長度。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，它們能夠以可調節(jié)的重復頻率進行掃描，同時保持卓越的相干長度。

“對于下一代OCT而言，單模、高速掃頻源具有非常廣泛的發(fā)展前景，”麻省理工學院電氣工程教授James Fujimoto說，“這些光源提供了創(chuàng)紀錄的成像性能，定能開拓各種新的應用和市場。”

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