使用快（kuài）速波長可調諧激（jī）光器，可以在KHZ-MHZ線掃描速率下以低至（zhì）微米的精度和高達數百米的範圍進行三維（wéi）光學（xué）成像。這對（duì）於非侵入性醫學成像（xiàng）特別（bié）有用，但也擴展到其他一些應用，如工業成像和（hé）激光雷達。
從光通（tōng）信到激光材料加工，激（jī）光在我們的日常生活中無處不在。與大多數（shù）激（jī）光器相比，波（bō）長可調諧激光器的不同之處在於波長的可（kě）調諧性是期望的和受控的效果。
OCTLIGHT專注於（yú）基於（yú）（獨有技術）波長可（kě）調諧激光技術的VCSEL掃描源[1]。
光學相幹斷（duàn）層掃描（miáo）（OCT）是一種非侵入性成像技術，可提供（gòng）物體和組織內部的（de）視圖。OCT背後相幹（gàn）檢測（cè）的基本原理（lǐ）和優勢在（zài）眼科成像（xiàng）之外的幾個應用領域都有應用，如用於自主係統的（de）計量和3D視覺。相幹檢測也是（shì）光頻（pín）域反射法（OFDR）和調頻連續（xù）波（bō）（FMCW）的原理（lǐ），見圖（tú）1。
圖1：相幹探測示意圖：波長可調（diào）激光器被分割為參考，再次組合的樣本/場景（jǐng）及其與光電探測器的檢測，由數字化儀和快速傅立（lì）葉變換獲取（qǔ），得（dé）出距（jù）離（+速度）
掃頻源技術主要可以通過四種（zhǒng）類型的波（bō）長可調諧激光器來實現[2]：
外腔激光器（qì）（下述簡稱：ECL）是一種（zhǒng）基於光學增益芯（xīn）片和外反射鏡的（de）成熟（shú）技術。ECLS由於腔（qiāng）長而對（duì）掃（sǎo）描速率具有固有的限製（zhì）。激光是由波長掃描時的自發發射建立的，這導致（zhì）成像範圍（相幹長度）隨著掃描速率的增加而減小，從而將掃描速率（lǜ）限製在400kHz左右。短腔ECL還可以表現出周期性脈衝（chōng）串，該脈衝串通過相幹（gàn）恢複從聚焦透鏡等表麵生成重影圖像。
傅立葉域模式鎖定（FDML）技術是一種高度通用（yòng）的技術（shù），其中波長可調（diào）濾（lǜ）波（bō）器與激光環形腔的往返時（shí）間同（tóng）步。FDML的動力學非常複雜，需要先進的偏振控製、色（sè）度色散（sàn）和中（zhōng）心波長的主動（dòng）穩定。通過這種高達3.2 MHz的SS-OCT成像，FMDL是（shì）一種非常通用和高性能的研發設備。
SG-DBR最初是為電信中的靜態調諧而開發的。這種半導體技術沒有移（yí）動（dòng）部件（jiàn），而是（shì）速度受到熱效應的限製。載波（bō）注入的精細控製允許對波長掃描進行編（biān）程，並且可以縫合0.5nm的連續微掃描以實現高達400kHz的（de）高分（fèn）辨率（lǜ）。處理後OCT數據分析需（xū）要解決該技（jì）術固有的非連續波長掃描問題（tí）。
垂直腔麵發射激光器（qì）（VESEL）是一種半導體技術（shù），其（qí）獨特之處在於其短光腔導致（zhì）窄線寬和長相（xiàng）幹長度。與MEMS係統一起，這實現了高達幾（jǐ）十（shí）MHz的非常（cháng）快速的絕熱波長調諧。因此，為了增（zēng）加3D成像中的成（chéng）像範圍和速率（lǜ），VCSEL技術在許多情況（kuàng）下是有利的選擇（zé）。
圖2：帶襯底反射鏡、增益區、氣隙和頂部反（fǎn）射鏡的MEMS-VCSEL示意圖。
圖3 : MEMS-VCSEL是使用半導體技術製（zhì）造的（de），該技術通過批量處理和晶圓（yuán）級測試實現了非常高的精度和可擴展性
OCTLIGHT VCSEL掃描源在使用單片MEMS VCSEL（如9xx nm數據通信VCSEL）和單（dān）材料MEMS係統（如經驗證的MEMS時序解決方案）方麵是獨一無二的。Caliper VCSEL掃（sǎo）描源是一個完整的子（zǐ）係統，包括VCSEL的有效光學耦合和放大，以及使用低電壓（yā）對MEMS的波長掃描。
對（duì）於需要靈活掃描（miáo）速率（lǜ）的（de）應用，例如在幾種掃描（miáo）模式之間切換（huàn），我們提（tí）供掃（sǎo）描（miáo）源Caliper-FLEX。
對於（yú）需要固定掃描速率的應用（yòng），我們提供掃描源Caliper-HERO。獲得專利的高效諧振振蕩器（HERO™)該技術通過使用（yòng）簡單且低電壓的驅動信號在真空中操作MEMS來實現（xiàn）進（jìn）入MHz範圍（wéi）的快速掃描速率。這提供了（le）幾個好處，包括：
長期穩定（dìng）性使得（dé）使用具有預校準FFT線性化的單通道（dào）DAQ進（jìn）行（háng）高效的（de）高通量數據采集成為可能。
OCTLIGHT VCSEL掃描源基於（yú）半導體激光二極（jí）管，具（jù）有（yǒu）集成的（de）波長（zhǎng）掃描機製（zhì）（移動圖（tú）2的頂部反射鏡）。激光二極管是垂直腔麵發射激光器（VCSEL），具有單模光（guāng）發射和長相幹長度。使用微機電係統（MEMS）來實（shí）現波長掃描，以改變激光腔的長（zhǎng）度，由此（cǐ）產生穩定和快速的波長掃描。
由於其（qí）高可靠性和獨特的（de）高斯光束輪（lún）廓8xx-9xx nm VCSEL已成為數據通信的基石，使用有源光纜（AOC）進行雲計算，現在也使用飛行時間（ToF）和智能手機和汽車VCSEL陣（zhèn）列進行3D成像。激光雷達是VCSEL同時用（yòng）於ToF和（hé）調頻連續（xù）波（FMCW）的最新應用領域。
圖4 ：VCSEL封裝在標準晶體管輪廓（kuò）頭（TO）上，如圖所（suǒ）示，或與蝴蝶（BTF）封裝（zhuāng）或光子集成電路（PIC）中的其他光學組件集成（chéng）
在引入Texas Instruments Digital Micromirror Devices（DMD）MEMS之前，MEMS被視為由於微機械移動元件而（ér）具有潛在可靠性問題的技術（shù），但從那時起，從DMD到MEMS時序解決方案的許多應用中已經證明（míng）了通常優越的可靠性，在（zài）這些（xiē）應用中，數十億個單元的故障率低於百萬分之一的缺陷（xiàn）部件（DPPM）。MEMS已經（jīng）在（zài）汽（qì）車和消費（fèi）者應（yīng）用中廣泛商業化，特別是由壓力（lì）傳感器和慣性測量（liàng）單元（IMU）驅（qū）動。
VCSEL和（hé）MEMS的可靠性（xìng）已得到廣泛研究，商業產品的工（gōng）作壽（shòu）命已證明為10000至100000小時。VCSEL技術還具有晶圓級測試的優勢，這在確保高質（zhì）量的同時降低（dī）了封裝成本（běn）。
根據最終應用，可能需要不同的形狀因子。VCSEL具有獨特的位置（zhì），可以從高（gāo）度小型化的光子集成電路（PIC）集成到複雜的（de）光纖（xiān）或自由空間（jiān）儀器。
光學係統可以用（yòng）自由空間光學器件或（huò）光纖製成，用於放寬尺寸限製的中小型應用（yòng）。VCSEL可以很（hěn）容易地封（fēng）裝在TO封裝中以獲得自由空間，並尾纖（xiān）用於光纖傳輸，這（zhè）構成了VCSEL掃描源中光學集成的基礎。具有（yǒu）光纖輸（shū）出的光源易於使用並集成在任何光（guāng）學係統（tǒng）中。OCTLIGHT的VCSEL掃描源配有單模光纖和接口，可與任何光學成像係統接觸。
近年來，光子集成電路得到了快速發展，它提供了將（jiāng）光纖和自由空間係統中已知的光學功能集成到單個芯片中的可能性。這（zhè）對於（yú）尺寸受到限製的（de）大容（róng）量應用（yòng）是有（yǒu）利的。250x250um的小VCSEL芯片麵積和表麵發射使使用直接轉（zhuǎn）移技術集成到具有與表麵光柵的有效光學耦合的PICs成（chéng）為可能。
圖（tú）5：光子集（jí）成電路（PIC）允許光學係統的小型化，VCSEL可以直接與PIC集成
在這篇關於VCSEL掃描源技術的白皮書中，介紹了相幹檢測、波長可調光源和光學集成中的關（guān）鍵概（gài）念（niàn）。
VCSEL是一項關鍵的（de）使（shǐ）能（néng）技術，由於其可擴（kuò）展性和高性能，它推動了數據通信、消費（fèi）電子（光學鼠標/optical mice）和激光雷達等應（yīng）用的重大進（jìn）步。MEMS VCSEL使得（dé）使用（yòng）相幹檢測來實現（xiàn）高分辨率和長距離成像的新應用成（chéng）為可能。
[1] T. Ansbæk, I. Chung, E. Semenova, O. Hansen, and K. Yvind, “Resonant MEMS Tunable VCSEL,” Sel. Top. Quantum Electron. IEEE, 2013.
[2] T. Klein and R. Huber, “High-speed OCT light sources and systems [Invited],” Biomed. Opt. Express, vol. 8, no. 2, p. 828, Feb. 2017.
OCTLIGHT Aps
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