表面發(fā)射激光器和光學(xué)相干斷層掃描裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面發(fā)射激光器(垂直腔表面發(fā)射激光器)以及包括作為波長掃描光源(wavelength-swept light source)的該表面發(fā)射激光器的光學(xué)相干斷層掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)相干斷層掃描(Optical Coherence Tomography, 0CT)裝置是能夠基于低相干的干涉測量法使用光以非侵入性的方式來獲得測試對象的斷層掃描圖像的裝置。雖然0CT裝置被用在各種領(lǐng)域中，但是特別地由于可以以非侵入性的方式觀察測試對象的斷層掃描圖像并且可以減輕患者的負(fù)擔(dān)的原因，它在醫(yī)療領(lǐng)域中非常有用。
[0003]0CT裝置的使用已經(jīng)快速地變得普及，特別是在眼科保健中，在眼科保健中，從外部進(jìn)行觀察是主要的診斷方法。
[0004]0CT主要分為被稱作時(shí)域0CT和傅立葉域OCT (FD-0CT)的兩種方法。此外，作為FD-0CT，存在被稱作頻域OCT(SD-OCT)和掃描源OCT (SS-0CT)的兩種方法。
[0005]在SS-0CT裝置中，使用具有在寬帶上可隨時(shí)間改變的波長的光源，并且在每個(gè)波長處獲得探測光和參照光之間的干涉光的強(qiáng)度。使關(guān)于波長的干涉條紋經(jīng)受傅立葉變換，并且計(jì)算在光軸上反射面在深度方向上的位置，從而形成斷層掃描圖像。
[0006]在SS-0CT裝置中需要用于監(jiān)視從波長可變的光源輸出的光的波長(光頻率)的設(shè)備，以掌握在各時(shí)間處的干涉信號(hào)的強(qiáng)度和光頻率之間的關(guān)系。這是因?yàn)?，在FD-0CT裝置中，深度軸的方向上的斷層掃描圖像是通過對關(guān)于光頻率的光學(xué)干涉信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換而形成的。換句話說，如果不存在指示哪個(gè)光頻率對應(yīng)于所獲得的干涉信號(hào)的信息，則不能用傅立葉變換來獲得斷層掃描圖像。
[0007]特別地，在離散傅立葉變換的過程中需要以均勻的光頻率間隔對干涉信號(hào)進(jìn)行采樣。為了創(chuàng)建用于以均勻的光頻率間隔進(jìn)行采樣的觸發(fā)信號(hào)，在SS-0CT裝置中利用了 NPL1中所述的被稱作k時(shí)鐘的光頻率監(jiān)視器。
[0008]另外，在NPL 1中，通過驅(qū)動(dòng)反射鏡來改變諧振器長度(腔長)從而改變諧振頻率的表面發(fā)射激光器被用作波長可變的光源。
[0009]【引用列表】
[0010]【非專利文獻(xiàn)】
[0011]【NPL1】1.Grulkowsk1、J.J.Liu、B.Potsaid、V Jayaraman、C.D.Lu、J.Jiang、A.E.Cable、J.S.Duker 和 J.G.Fujimoto, “Retinal, anter1r segment and full eyeimaging using ultrahigh speed swept source OCT with vertical-cavity surfaceemitting lasers，，，Optics Express,第 3 期，2012 年，第 1213-1229 頁。
[0012]【NPL 2】R.Magnusson、S.S.Wang 和 S.S.Wang, “New principle for opticalfilters，，，Applied Physics Letters,第 61 期，1992 年，第 1022 頁。
[0013]【NPL 3】Y.Zhou、M.C.Huang 和 C.J.Chang-hasnain, “Tunable VCSEL withultra-thin high contrast grating for high-speed tuning，，，Optics Express,第 16期，2008年，第14221頁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)問題
[0015]然而，SS-0CT裝置具有需要更多組件并且成本增加的問題。
[0016]更具體地說，在任何類型的SS-0CT裝置中，用于獲得信號(hào)的觸發(fā)是由光頻率監(jiān)視器使用被稱作k時(shí)鐘的干涉儀產(chǎn)生的，以便以均勻的光頻率間隔對干涉信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0017]如NPL 1中所示，k時(shí)鐘被構(gòu)造為使得在使來自光源的光分支之后，通過光纖、透鏡和倍增器使被分支的光彼此干涉，并且由光接收元件將干涉光的強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0018]因此，k時(shí)鐘需要許多組件以及以高精度組裝這些組件的步驟。因此，SS-0CT裝置的成本增加。
[0019]本發(fā)明提供需要更少組件并且可以降低成本的表面發(fā)射激光器和光學(xué)相干斷層掃描裝置。
[0020]問題的解決方案
[0021]根據(jù)本發(fā)明，提供一種表面發(fā)射激光器，該表面發(fā)射激光器包括由第一反射鏡和第二反射鏡構(gòu)成的腔體，并且具有通過用第一反射鏡在面對第二反射鏡的方向上的移動(dòng)改變腔長而改變的諧振波長，其中，表面發(fā)射激光器還包括被布置在腔體中的活性層、相對于第二反射鏡被布置在活性層的相對側(cè)的第三反射鏡和被布置為接收經(jīng)過第三反射鏡的光的光接收元件。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種光學(xué)相干斷層掃描裝置，該光學(xué)相干斷層掃描裝置包括光源、測試對象光路、參照光光路、干涉單元、光學(xué)檢測單元和算術(shù)處理單元，光源由上述波長可變的表面發(fā)射激光器構(gòu)成，來自光源的光通過測試對象光路被施加于測試對象，并且來自測試對象的反射光被傳送通過測試對象光路，來自光源的光被傳送通過參照光光路，干涉單元被配置為使被傳送通過測試對象光路的反射光和被傳送通過參照光光路的光彼此干涉，光學(xué)檢測單元被配置為檢測來自干涉單元的干涉光，并且算術(shù)處理單元被配置為與從光源輸出的觸發(fā)信號(hào)同步地獲得干涉信號(hào)并且提供測試對象的斷層掃描圖像。
[0023]參照附圖閱讀以下對示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。
[0024]本發(fā)明的有益效果
[0025]利用本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了需要更少組件并且可以降低成本的表面發(fā)射激光器和光學(xué)相干斷層掃描裝置。
【附圖說明】
[0026]圖1是用于說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波長可變的表面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。
[0027]圖2是用于說明本發(fā)明實(shí)施例中的Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具(etalon)結(jié)構(gòu)的特性的曲線圖。
[0028]圖3是用于說明根據(jù)本發(fā)明的示例1的波長可變的表面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。
[0029]圖4是表示在本發(fā)明的示例1中取決于上反射鏡和外反射鏡之間的反射率比而改變的閾值增益系數(shù)的曲線圖。
[0030]圖5是用于說明根據(jù)本發(fā)明的示例1的SS-0CT裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。
[0031]圖6是用于說明根據(jù)本發(fā)明的示例2的波長可變的表面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將參照圖1來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波長可變的表面發(fā)射激光器的結(jié)構(gòu)示例。
[0033]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的波長可變的表面發(fā)射激光器包括腔體，在該腔體中，一對反射鏡(即，第一反射鏡和第二反射鏡)被布置為彼此面對。第一反射鏡在面對第二反射鏡的方向上移動(dòng)以改變諧振器長度(腔長)，從而改變諧振波長。
[0034]更詳細(xì)地說，如圖1中所示，發(fā)射光的活性層105和下反射鏡(第二反射鏡)102 (這兩者都形成在基板107上)被布置在面對上反射鏡(第一反射鏡)101的位置處，上反射鏡101能夠在垂直于基板的方向上(即，在圖紙的向上和向下方向上)移動(dòng)，氣隙106介于兩個(gè)反射鏡之間?；?07支撐下反射鏡102，并且它在與活性層105對應(yīng)的部分中被鉆孔。
[0035]活性層105位于由上反射鏡101和下反射鏡102形成的腔體內(nèi)，使得可以通過放大從活性層105產(chǎn)生的光來發(fā)展出激光振蕩。用于高效地傳輸載流子(在電流注入的情況下)的分隔層108形成在活性層105上，并且電流局限結(jié)構(gòu)109形成在保護(hù)層108中。載流子從位于活性層105兩側(cè)的一對電極(未示出)被注入。當(dāng)載流子在活性層中重新結(jié)合時(shí)，活性層105發(fā)射光。
[0036]通過驅(qū)動(dòng)上反射鏡101來改變由上反射鏡101和下反射鏡102構(gòu)成的腔體的長度。作為結(jié)果，可以改變激光器的諧振波長。
[0037]在本發(fā)明的實(shí)施例中，還設(shè)置有另一個(gè)反射鏡與下反射鏡102配對。
[0038]更具體地說，在根據(jù)該實(shí)施例的波長可變的表面發(fā)射激光器中，外反射鏡(第三反射鏡)103被布置在與活性層105相對的一側(cè)，其中下反射鏡102介于它們之間。此外，光接收元件104接收已經(jīng)經(jīng)過第三反射鏡的光。
[0039]Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具由上述波長可變的表面發(fā)射激光器的下反射鏡102和外反射鏡103形成。
[0040]Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具具有這樣的特性:如圖2中所示，透射率按一定的光頻率周期變化，該光頻率周期被稱作自由光譜范圍(FSR)，其根據(jù)鏡間隔而被確定。
[0041]FSR由c/2L表示，其中c是光速，L是構(gòu)成Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)具的反射鏡之間的光路長度。光路長度L由L = nd表示，其中η是Fabry-Pe