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作者：Gail Overton

微电子机械系统（MEMS）可调谐垂直腔表面发射激光器（VCSEL）将成为扫频光学相干层析（OCT）应用的理想选择，这是由于它们具有可获得高扫描速度的微米级腔长和轻巧的反射镜、无跳模的单模运行，以及用于较长成像范围的长动态相干长度。然而，在MEMS可调谐VCSEL提供晶片级的制造、测试和相对较低的运行成本的同时，其输出功率和可调谐性也受到了限制，此前报道的最佳性能为在1550nm波长处获得65nm的调谐范围。

最近，麻省理工学院以及Thorlabs等公司的科学家们已经改善了这种情况，他们开发出了一种1310nm的单模MEMS可调谐VCSEL，调谐范围达110nm，将调谐范围因子（Δλ/λ）提高至接近原来的两倍。该新型宽带可调谐光源获得了创纪录的760kHz的轴向扫描速度，并利用光放大实现了40mW的平均功率输出，为扫频OCT开辟了新的应用领域。

单模运行与MEMS调谐

可调谐VCSEL是通过将宽增益的基于磷化铟（InP）的量子阱激活区，与基于砷化镓（GaAs）的氧化反射镜结合在一起构建而成的。由980nm的激光光源泵浦该器件，悬浮在该结构顶部的、由气隙隔开的静电驱动介质反射镜会发生移动，从而产生1310nm的可调谐发射（如图）。随后，发射光被耦合到宽带半导体光学放大器中，这不仅能提高输出功率，而且还能在可调谐VCSEL的输出光进入OCT系统之前对其整形。

对于轴向扫描的760kHz超高速成像，在4.5mm的成像深度观察到6dB的衰减，对可调谐VCSEL而言，对应于最小9mm的相干长度。对于轴向扫描的150kHz的较低成像速率，在实验中已经测得了超过25mm的相干长度。成像速度和范围都明显优于其他扫频激光光源。由于VCSEL工作在真正的单纵模模式，而不是一系列模式，它们能够以可调节的重复频率进行扫描，同时保持卓越的相干长度。

“对于下一代OCT而言，单模、高速扫频源具有非常广泛的发展前景，”麻省理工学院电气工程教授James Fujimoto说，“这些光源提供了创纪录的成像性能，定能开拓各种新的应用和市场。”

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