(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳミラーを活性領域に接合してなるＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを提供する。【解決手段】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００は、光を増幅する複数の活性層１１８を有する活性領域基板１１２と、活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子２１０とを備える。光学メンブレン素子２１０の光学メンブレン２１２は、活性領域基板１１２から離れる方向に撓み変形してもよい。光学メンブレン素子２１０の光学メンブレン２１２は、湾曲状のミラー構造を有してもよい【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を増幅する活性層を有する活性領域基板と、
前記活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子と、
を備える、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、さらに、
前記活性領域基板を前記光学メンブレン素子から離隔させるスペーサ素子、
を備える、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項３】
請求項１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記活性領域基板が、さらに、リアミラーを有する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記リアミラーが、前記活性領域基板内の層である、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項５】
請求項３に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記リアミラーが、前記活性領域基板に形成された光ポートに付着されている、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項６】
請求項３に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記リアミラーが、前記活性領域基板によって増幅された光の波長は反射し、ポンプレーザによって生成された光の波長は透過するダイクロイックミラーである、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項７】
請求項１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記光学メンブレン素子が、基板層、メンブレンがパターン形成された素子層、および介在する絶縁層を有する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項８】
請求項７に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記絶縁層が、静電キャビティを画定する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項９】
請求項１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、前記活性領域基板から離れる方向に撓み変形する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項１０】
請求項１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、湾曲状のミラー構造を有する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
【請求項１１】
ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを作製する方法であって、
光を増幅する活性層を有する活性領域基板を用意する工程と、
前記活性領域基板に光学メンブレン素子を接合する工程と、
を含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、前記活性領域基板に前記光学メンブレン素子を接合する工程が、前記光学メンブレン素子を前記活性領域基板に熱圧着することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、前記活性領域基板に前記光学メンブレン素子を接合する工程が、前記光学メンブレン素子を前記活性領域基板にはんだ接合することを含む、方法。
【請求項１４】
ＶＣＳＥＬ掃引光源が集積化されたシステムであって、
光学ベンチと、
前記光学ベンチに設けられ、当該光学ベンチの上面と平行に伝播する掃引光信号を放射するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬと、
を備える、システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに固定され、前記掃引光信号を光ファイバに結合する集束レンズ、
を備える、システム。
【請求項１６】
請求項１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチを収容する、密閉パッケージ、
を備える、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチと前記密閉パッケージ内部との間に、当該光学ベンチの温度を制御するように設けられた熱電冷却器、
を備える、システム。
【請求項１８】
請求項１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに設けられ、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ内の活性層を光学的に励起するポンプ光を生成するレーザポンプ、
を備える、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、さらに、
前記レーザポンプと前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬとの間に位置し、戻り反射が前記レーザポンプに入るのを防止するアイソレータ、
を備える、システム。
【請求項２０】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの一方の側面から前記掃引光信号が取り出され、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの他方の側面に前記ポンプ光が結合する、システム。
【請求項２１】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記掃引光信号が、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの側面うち、前記ポンプ光が結合する側面と同一の側面から取り出される、システム。
【請求項２２】
請求項１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに設けられ、前記掃引光信号を増幅する半導体光増幅器、
を備える、システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムにおいて、さらに、
前記半導体光増幅器の両側のそれぞれに１つずつ位置する、２つのアイソレータ、
を備える、システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシステムにおいて、前記半導体光増幅器から、増幅された前記掃引光信号が戻って、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを通って伝播する、システム。
【請求項２５】
請求項２３に記載のシステムにおいて、さらに、
前記半導体光増幅器からの増幅された前記掃引光信号を、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに結合するように導く偏光ビームスプリッタ、
を備える、システム。
【請求項２６】
請求項１４に記載のシステムにおいて、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬが、電気的に励起される、システム。
【請求項２７】
掃引光信号を参照アームと試料アームとに分割し、前記参照アームから戻る光信号と前記試料アームから戻る光信号とを結合して干渉信号を生成する干渉計と、
光を増幅する活性層を有する活性領域基板および当該活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子を含み、前記掃引光信号を生成するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬと、
前記干渉信号を検出する検出システムと、
を備える、光コヒーレンス分析システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、2012年12月21日付出願の米国特許出願第13/723,829号の優先権を主張する。この米国特許出願の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに関する。
【背景技術】
【０００３】
光コヒーレンス分析とは、参照波と試験波との干渉現象または試験波中の２つの部位間の干渉現象を利用して、距離および厚さの計測や試料（測定試料）の屈折率の計算を行う分析法である。技術化の一例として、高解像度断層画像撮影に用いられる光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）が挙げられる。ＯＣＴは、例えば、生体組織の顕微鏡スケールの画像をリアルタイムで得るのに用いられる。試料（すなわち、物体）によって反射されることで光波がどのように変化したのかについての情報に基づき、その試料の断層画像（すなわち、三次元ボリュームレンダリング画像）がコンピュータで生成される。
【０００４】
ＯＣＴには様々な種類があるが、現時点ではフーリエ領域ＯＣＴが数多くの用途で最も優れた性能を発揮する。また、フーリエ領域手法のなかでも、掃引光源ＯＣＴが、バランスド検出（平衡検出）および偏光ダイバーシティ検出が可能な点で、スペクトル符号化ＯＣＴなどの手法よりも明らかに有利である。それだけでなく、掃引光源ＯＣＴは、スペクトル符号化ＯＣＴで通常使用される安価な高速検出器アレイでは通用しない波長領域においても撮像が可能な点でも、スペクトル符号化ＯＣＴよりも有利である。
【０００５】
掃引光源ＯＣＴでは、スペクトル成分を空間的分離で符号化するのではなく、時間で符号化する。具体的に述べると、連続する光波周波数サンプリング間隔ごとにスペクトルを除去又は生成し、このようにして再構成したものをフーリエ変換する。掃引光源で周波数を走査するので、光学系の構成が複雑にならずに済む。その反面、主な性能特性は、光源（特に、光源の周波数掃引レート（速度）およびチューニング精度）に大きく左右されることになる。
【０００６】
ＯＣＴ用掃引光源を高速で周波数チューニング出来るか否か（すなわち、高い掃引レートを有するか否か）は、ｉｎ−ｖｉｖｏイメージング（生体内画像撮影）を実施するうえで特に重要となる。ｉｎ−ｖｉｖｏイメージングでは、高速で画像を撮影することにより、動きに起因したアーチファクトを抑えると共に、検査（patient procedure）時間（length）を短縮することができ、さらには、解像度の向上にもつながり得る。
【０００７】
従来、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に基づく波長可変な垂直共振面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）（ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ）が、電気通信用途に利用されてきた。ＶＳＣＥＬの波長可変機能により、１つのレーザでＩＴＵ波長分割多重化グリッドのチャネルを多数カバーすることが出来る。
【０００８】
近年、このようなＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを、掃引光源ＯＣＴシステムの掃引光源として利用する技術が提案されている。これには様々な利点がある。まず、光学キャビティの長さが短いことに加えて、低質量の撓み変形可能なＭＥＭＳメンブレンミラーを備えていることにより、高速な掃引速度を実現することができる。また、単一縦モード動作が可能なため、モードホップノイズに必ずしも影響されない。さらに、これらの特長が長いコヒーレンス長をもたらすので、深い場所の画像撮影（深部イメージング）も可能になる。
【０００９】
ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬには、例えば、インジウム燐（ＩｎＰ）系の量子井戸活性領域にガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系の酸化ミラーを接合したものを用いたものがある。その活性領域の上方には、空隙を介して離間するようにして静電駆動型誘導体ミラーが架設されている。その空隙は、この誘電体ミラーの静電キャビティの一部を形成する役割も担っている。具体的に述べると、そのミラーは、前記活性領域上にモノリシックに作製されている。このデバイスは、９８０ナノメートル（ｎｍ）レーザによって光学的に励起（光励起）される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、活性領域上に、ＭＥＭＳに基づく静電駆動型誘導体ミラーをモノリシックに作製する構成には、数多くの問題が伴う。まず、ＭＥＭＳミラーを作製するためのプロセスは、活性領域の化学的性質と相性が良くなければならない。さらに、これら活性領域とＭＥＭＳミラーとの間に延びる光学キャビティと、ＭＥＭＳミラーの静電キャビティとで重なりが生じる。そのため、これら２つのキャビティの間でトレードオフが必要になる。すなわち、最適静電キャビティは、駆動電圧を抑えるために小さい（短い）ほうが望ましいのに対して、光学キャビティ空隙部分は波長可変機能を最大限に高めるために大きい（長い）ほうが望ましい。
【００１１】
さらなる問題として、上記のように光学キャビティと静電キャビティとの間に少なくともある程度の重なりが存在するので、ＭＥＭＳミラーをチューニングする際には、当該ミラーが活性領域に向かう方向に引っ張られることになる。そのため、印加する電圧が大き過ぎると、このミラーが破断する可能性があり、場合によっては、このミラーが活性領域に付着してＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを損傷又は破壊する恐れさえある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、同じくＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに関するものであるが、ＭＥＭＳミラーを活性領域に接合してなる点で従来とは異なる。これにより、レーザの光共振キャビティ外部に、これとは別の静電キャビティを設けることが出来る。また、このようなキャビティ構成により、ＭＥＭＳミラーのチューニングを、当該ミラーを活性領域から離れる方向に引っ張って行うことが可能となる。さらに、ＭＥＭＳミラーを活性領域に接合してなる構成なため、ＭＥＭＳミラー作製に適用可能な技術範囲が大いに広がる。
【００１３】
概して述べると、本発明の一態様は、光を増幅する複数の活性層を有する活性領域基板と、前記活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子とを備える、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに関する。
【００１４】
一部の実施形態では、前記活性領域基板を前記光学メンブレン素子から離隔させるスペーサ素子が使用される。さらに、前記活性領域基板は、リアミラーを有する。このリアミラーは、前記活性領域基板内の層であってもよく、または、前記活性領域基板に形成された光ポートに付着されたものでもあってもよい。一例において、前記リアミラーは、前記活性領域基板によって増幅された光の波長は反射する一方、ポンプレーザによって生成された光の波長は透過するダイクロイックミラーである。
【００１５】
本明細書の例では、前記光学メンブレン素子が、基板層、メンブレンがパターン形成された素子層、および介在する絶縁層を有する。そして、この絶縁層が、静電キャビティを画定し得る。結果として、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、前記活性領域基板から離れる方向に撓み変形し得る。
【００１６】
概して述べると、本発明の他の態様は、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを作製する方法であって、光を増幅する複数の活性層を有する活性領域基板を用意する工程と、前記活性領域基板に光学メンブレン素子を接合する工程とを含む、方法に関する。
【００１７】
一部の実施形態では、前記活性領域基板に前記光学メンブレン素子を接合する工程が、前記光学メンブレン素子を前記活性領域基板に熱圧着することを含む。他の例において、その工程は、前記光学メンブレン素子を前記活性領域基板にはんだ接合することを含む。
【００１８】
概して述べると、本発明のさらなる他の態様は、ＶＣＳＥＬ掃引光源が集積化されたシステムに関する。このシステムは、光学ベンチと、前記光学ベンチに設けられ、当該光学ベンチの上面と平行に伝播する掃引光信号を放射するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬとを備える。
【００１９】
一部の実施形態では、集束レンズが前記光学ベンチに固定され、前記掃引光信号を光ファイバに結合する。そして、密閉パッケージが、前記光学ベンチを収容する。好ましくは、前記光学ベンチと前記密閉パッケージ内部との間に、当該光学ベンチの温度を制御するように熱電冷却器が設けられている。
【００２０】
一例では、レーザポンプが前記光学ベンチに設けられ、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ内の活性層を光学的に励起するポンプ光を生成する。好ましくは、前記レーザポンプと前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬとの間に、戻り反射が前記レーザポンプに入るのを防止するアイソレータが使用される。他の例では、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの一方の側面から前記掃引光信号が取り出され、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの他方の側面に前記ポンプ光が結合する。代替例では、前記掃引光信号が、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの側面のうち、前記ポンプ光が結合する側面と同一の側面から取り出される。
【００２１】
一部の実施形態では、半導体光増幅器が前記光学ベンチに設けられ、前記掃引光信号を増幅する。典型的には、２つのアイソレータが、前記半導体光増幅器の両側のそれぞれに１つずつ位置する。
【００２２】
一実施形態では、前記半導体光増幅器から、増幅された前記掃引光信号が戻って、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを通って伝播する。この構成は、偏光ビームスプリッタを用いて実現可能である。
【００２３】
さらなる他の例では、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬが、電気的に励起される。
【００２４】
概して述べると、本発明のさらなる他の態様は、掃引光信号を参照アームと試料アームとに分割し、前記参照アームから戻る光信号と前記試料アームから戻る光信号とを結合して干渉信号を生成する干渉計と、光を増幅する複数の活性層を有する活性領域基板および当該活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子を含み、前記掃引光信号を生成するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬと、前記干渉信号を検出する検出システムとを備える、光コヒーレンス分析システムに関する。
【００２５】
以下では、構成品／構成要素の構造および組合せに関する新規的な各種詳細も含め、本発明の前述した特徴、その他の特徴およびその他の利点を、添付の図面を参照しながら詳細に説明し、さらに、添付の特許請求の範囲に規定する。なお、本発明の実施形態として示す装置および方法は、あくまでも例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。さらに、本発明の原理および特徴は、本発明の範囲を逸脱しない範疇の様々な実施形態に適用することができる。
【００２６】
添付の図面では、異なる図をとおして、同じ参照符号は同じ構成品／構成要素を指すものとする。なお、図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の原理を示すことに重点を置いている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかるＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの分解斜視図である。
【図２】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの第１実施形態を示す概略断面図である。
【図３】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの第２実施形態を示す概略断面図である。
【図４】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの第３実施形態を示す概略断面図である。
【図５】Ｋミラー（K-mirror）を用いたレーザキャビティ構成を示す概略断面図である。
【図６】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを用いた掃引光源であって、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬが活性領域基板で励起されてメンブレン素子側から光を放射する掃引光源を示す概略平面図である。
【図７】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを用いた掃引光源であって、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬがメンブレン素子で励起されて活性領域基板側から光を放射する掃引光源を示す概略平面図である。
【図８】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを用いた掃引光源であって、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬがメンブレン素子で励起されてメンブレン素子側から光を放射する掃引光源を示す概略平面図である。
【図９】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを用いた掃引光源であって、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに増幅段が組み込まれた掃引光源を示す概略平面図である。
【図１０】ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを用いた掃引光源であって、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに増幅段が組み込まれると共に、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを自動追従型（self tracking）構成で使用する掃引光源を示す概略平面図である。
【図１１】本発明にかかるＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを組み込んだＯＣＴシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、本発明を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図面には、本発明の例示的な実施形態および本発明を実施するための具体的なアプローチが示されている。ただし、本発明は多数の様々な形態で実施可能であり、本明細書で説明する実施形態のみに限定されると解釈すべきではない。本明細書で説明する実施形態は、むしろ、本発明を徹底的に且つ完全に開示して当業者が本発明の範囲を十分に理解できるようにするためのものである。
【００２９】
本明細書において「および／または」という用語は、その文章中に挙げた少なくとも１つの構成／構成要素についてのあらゆる組合せを含む。また、本明細書において「含む」「備える」「有する」等の用語は、当該用語が修飾する特徴、要素、部品等の存在だけでなく、それ以外の特徴、要素、部品等が少なくとも１つあるいはこれらの組合せが存在し得ることを意味する。さらに、ある構成／構成要素が別の構成／構成要素に「接続」又は「連結」される構成が説明又は図示されている場合、それは、別の構成／構成要素に直接「接続」又は「連結」される場合、さらには、何らかの構成／構成要素が介在する場合の両方を包含すると理解されたい。
【００３０】
図１に、本発明の原理に従った構造を有するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００を示す。ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００は光学メンブレン素子１１０を備え、光学メンブレン素子１１０は活性領域基板１１２に接合される。
【００３１】
概して、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００では、スペーサ素子１１４が活性領域基板１１２をメンブレン素子１１０から離隔させることにより、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００のレーザキャビティを画定している。一般的な原則として、スペーサ素子１１４の厚みは約１マイクロメートル（μｍ）である。一部の例において、このスペーサ１１４の厚みは、光学キャビティの空隙部分を長くするために１マイクロメートル（μｍ）よりも長くされる。他の例において、このスペーサ１１４の厚みは、１マイクロメートル（μｍ）未満とされる。典型的に、スペーサ素子１１４、活性領域基板１１２およびメンブレン素子１１０は、金属接合法を用いて互いに接合される。金属接合法の例として、はんだ接合、熱圧着等が挙げられる。
【００３２】
光学メンブレン素子１１０は、支持体として機能するハンドル材２１０を有する。好ましくは、ハンドル材２１０は、図示の素子の形状に切り出された（ダイシングされた）ウェーハ材である。例えば、このウェーハ材は、シリコンハンドルウェーハからのようなウェーハ材である。
【００３３】
具体的に述べると、このハンドルウェーハ材２１０に、光学メンブレン（すなわち、素子層）２１２が付加される。この光学メンブレン層２１２に、メンブレン構造２１４が形成される。この具体例では、メンブレン層２１２をシリコンとしている。さらに、絶縁層２１６により、光学メンブレン層２１２とハンドルウェーハ材２１０とが互いに隔てられている。
【００３４】
製造時には、絶縁層２１６が、メンブレン構造２１４をハンドルウェーハ材２１０から剥離するために部分的に除去される犠牲層／剥離層として機能する。この例では、メンブレン層２１２をシリコンウェーハから作製している。このシリコンウェーが、高温および高圧下で絶縁層２１６に接合される。ＶＣＳＥＬの動作時には、絶縁層２１６が、素子層２１２とハンドル材２１０とを電気的に絶縁する。
【００３５】
この実施形態では、メンブレン構造２１４が、本体部２１８を有する。デバイス１００の光軸１０は、本体部２１８と同軸で、且つメンブレン層２１２により定まる平面に直交するようにして当該本体部２１８を通過する。好ましくは、本体部２１８の直径は、３００〜６００マイクロメートル（μｍ）である。この例では、本体部２１８の直径を、約５００マイクロメートル（μｍ）としている。
【００３６】
さらに、本体部２１８からは、線状部分（tether（連結部分））２２０が径方向に外側部２２２へと延びている。外側部２２２は、線状部分２２０が終了したところに、リング状の部分を有している。この実施形態では、線状部分のパターンとして、らせん状のパターンを使用している。
【００３７】
メンブレン構造２１４には、光学的に湾曲した表面（光学曲面）２５０が設けられている。光学曲面２５０は光学的に凹形状の光学素子を形成しており、活性領域基板１１２と協働して、曲線状のミラー付きのレーザキャビティを形成している。この例では、活性領域基板１１２が、平坦なミラー構造を有するものとされている。
【００３８】
典型的に、メンブレン構造２１４の本体部２１８には、光学的なコーティングドット２３０が付着されている。具体的に述べると、このコーティングドット２３０は、前記光学素子の光学曲面２５０を覆っている（カバーしている）。好ましくは、この光学的なドット２３０は、反射誘電体ミラースタックである。一部の例において、光学的なドット２３０は、レーザ１００によって生成されるレーザ光の波長については定められた反射率（例えば、１〜１０％など）を有すると共に、活性領域基板１１２における複数の活性層を光学的に励起するのに用いられる光の波長については透過するダイクロイックミラーフィルタである。他の例において、光学的なドット２３０は、反射性金属層（例えば、アルミニウム、金など）である。
【００３９】
図示の実施形態において、メンブレン構造２１４作製時の人工産物は、エッチング孔（etchant hole）２３２である。エッチング孔２３２は、剥離工程時にエッチング剤がメンブレン構造２１４の本体部２１８を通過するのを可能にし、絶縁層２１６の除去を支援する。
【００４０】
図示の実施形態では、メンブレン素子２１０の近位側（proximal side（近接側））に、金属製のパッド２３４が付着されている。パッド２３４は、メンブレン素子２１０の近位側表面に、例えばスペーサ構造１１４をはんだ接合又は熱圧着するのに用いられる。
【００４１】
この別体のスペーサ素子１１４は、そのようなスペーサ構造１１４をメンブレン素子１１０または活性領域基板１１２と一体形成してなるものとする実施形態では省略される。
【００４２】
ボンドパッド（接合パッド）２３４は、フィルタ１００を例えばマイクロ光学ベンチに設置する際にも使用可能である。
【００４３】
さらに、メンブレン層２１２との電気的接続のための電極として用いられるメンブレン層ワイヤボンドパッド３３４が設けられている。また、ハンドルウェーハ材２１０と電気的に接続するための電極として、ハンドルウェーハワイヤボンドパッド３３６が用いられる。具体的に述べると、メンブレン層ボンドパッド３３４は、メンブレン層２１２を電気的に制御するためのワイヤボンドの位置である。具体的に述べると、ハンドルウェーハワイヤボンドパッド３３６は、ハンドルウェーハ材２１０に電気的にアクセスするためのワイヤボンドパッドである。
【００４４】
本発明において、活性領域基板１１２は、活性層１１８を有する。好ましくは、活性層１１８は、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造である。
【００４５】
活性領域基板１１２の材料系は、所望のスペクトル動作範囲に基づき選択される。一般的な材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料に基づく材料系である。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料に基づく材料系には、二元系材料（例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓなど）、さらには、三元系合金、四元系合金および五元系合金（例えば、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓＳｂ、ＡｌＧａＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂなど）が含まれる。これらの材料系を合わせると、全部で約４００〜２，０００ナノメートル（ｎｍ）の動作波長域、さらには、数マイクロメートル（μｍ）波長にまで及ぶより長い波長域をサポートすることができる。典型的には、極めて広い帯域にわたって利得・スペクトル放射を実現するために半導体量子井戸利得領域や半導体量子ドット利得領域が用いられる。
【００４６】
好ましい実施形態において、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の偏光が、好ましくは制御され、少なくとも安定化されている。一般的に、この種のデバイスは、直線偏光を放射する円筒型共振器を備えている。光は典型的に複数の結晶方向に沿って偏光されるが、そのうちの１つの方向が他の方向よりも強いのが通例である。また、偏光方向は、レーザの電流レベルまたはポンピングレベルによって変化し得る。その挙動はヒステリシスを示す場合がある。一実施形態では、偏光選択性ミラーが使用される。他の例では、非円筒型共振器が使用される。さらなる他の実施形態では、電気的に励起する際に非対称電流が注入される。さらなる他の例では、活性領域基板１１２が、特定の安定偏光軸に沿った偏光を安定化させるための非対称的な応力、歪み、熱流束又は光エネルギー分布をもたらす、トレンチまたは材料層を有する。
【００４７】
前記レーザキャビティの他端は、活性領域基板１１２に形成されたリアミラー１１６によって形成されている。一例において、リアミラー１１６は、活性領域基板１１２内の層であって、光の一部（例えば、１〜１０％など）をキャビティ内に戻るように反射する屈折率不連続部を形成する層である。他の例において、リアミラー１１６は、光の９０％超をレーザキャビティ内に戻るように反射する高反射層である。
【００４８】
さらなる他の例において、リアミラー１１６は、レーザ１００によって生成されるレーザ光の波長については定められた反射率（例えば、１〜１０％など）を有すると共に、活性領域基板１１２における複数の活性層を光学的に励起するのに用いられる光の波長については透過するダイクロイックミラーフィルタである。この構成によれば、活性領域基板１１２を、ポンプ光の入力ポートとして機能させることができる。
【００４９】
図２に、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の断面を概略的に示す。
【００５０】
リフレクタ（反射体）２３０を出力リフレクタとして使用する場合、あるいは、監視を行えるようにする場合には、ハンドルウェーハ材２１０の遠位側からメンブレン構造２１４へと延びる光ポート２４０が設けられる。リフレクタ２３０をバックリフレクタとして使用する場合には、光ポート２４０を不要としても構わない。
【００５１】
また、光ポート２４０が必要であるか否かは、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００が動作すべき光波長域に対するハンドルウェーハ材２１０の透過率にも依存する。典型的に、光ポート２４０を設けないならば、機能上ハンドルウェーハ材２１０の背面からの透過が要求される場合には、ハンドルウェーハ材２１０に対し、前記光軸に沿って反射防止（ＡＲ）コーティングを皮膜する必要がある。
【００５２】
光学的に凹形状の表面２５０は、連続した曲率を有する表面、バイナリ素子の表面、またはフレネル構造の段状の曲率を有する表面として形成される。
【００５３】
光ポート２４０は全体として内向き傾斜の側壁２４４を有し、当該側壁２４４はポート開口２４６を終端に有する。これにより、ハンドルウェーハ材２１０の遠位側から、メンブレン構造２１４の本体部２１８を見ることができる。好ましくは、光ポート２４０は、光学的なコーティング２３０及び光学面２５０と同軸である。一部の例では、本体部２１８の裏側に、ＡＲコーティング１１９が皮膜されている。このＡＲコーティング１１９は、レーザキャビティへのポンプ光の結合および／または当該キャビティ外へのレーザ光の結合を促すのに用いられる。さらなる他の例において、本体部２１８の裏側は、ポンプ光をレーザキャビティ内に戻るように反射する。
【００５４】
絶縁層２１６の層厚が、静電キャビティの長さを決める。この例において、絶縁層２１６の層厚は、３．０〜６．０マイクロメートル（μｍ）である。一般的な原則として、静電素子のチューニングは、静電キャビティの長さの１／３を超えてはならないとされる（１／３以下とされる）。したがって、一実施形態において、本体部２１８（そして、ミラー光学コーティング２３０も）、１〜３マイクロメートル（μｍ）の撓み変形が可能とされる。
【００５５】
図３に、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の他の実施形態の断面を概略的に示す。
【００５６】
この例では、活性領域基板１１２に形成されるリアミラー１１６が、リア光ポート１２２の底部に付着されている。この光ポート１２２は、活性領域基板１１２の背面に形成される。好ましくは、光ポート１２２には、平坦な底部が形成されている。この構成は、活性領域基板１１２をエッチストップ層（エッチング停止層）までエッチングすることにより実現される。
【００５７】
この実施形態の利点は、リアミラー１１６を、活性領域基板１１２内の一体的な材料層として形成する必要がないことである。具体的に述べると、リアミラー１１６は、標準的な薄膜形成装置を用いて付着される（一具体例）か、あるいは、金属層として付着される。このように光ポート１２２を使用する構成には、リアミラー１１６の位置を、活性層１１８に近付けられるだけでなく、メンブレン構造２１４の本体部２１８に典型的に付着される光学的なコーティングドット２３０にも近付けられるという利点がある。これにより、リアミラー１１６と光学的なコーティングドット２３０との間に延びるレーザ光学キャビティの長さを短くすることができる。このような短い光学キャビティにより、モードホップノイズの低減又は除去が可能になると共に、レーザ１００のポテンシャルチューニング速度を高速化することができる。
【００５８】
図４に、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００のさらなる他の実施形態の断面を概略的に示す。
【００５９】
この例でも、リアミラー１１６は、活性領域基板１１２に形成されてリア光学ポート１２２の底部に付着されている。
【００６０】
電流源１２４が、活性領域基板１１２における活性層１１８を電気的に励起するのに用いられる。具体的に述べると、電流源１２４は、活性領域１１８の両端間に電圧を生じさせる。この実施形態によれば、活性領域１１８を光学的に励起する必要がないので、ポンプ光をレーザキャビティ内へと結合させる構成に付随する複雑性の増加を避けることができる。
【００６１】
図５に、空間的に制限された光学曲面２５０（あるいは、Ｋミラー）を用いたレーザキャビティ構成を示す。
【００６２】
具体的に述べると、メンブレン構造２１４の本体部２１８に付着された光学曲面２５０が、レーザキャビティ内での低次の光空間モードの共振のみを優先的に支援するように空間的に制限されている。より具体的に述べると、図示の実施形態では、最も低次のモード１２６のみが曲面２５０の曲率範囲内に収まっている。
【００６３】
このような共振器の基本動作の概要は、米国特許第7,327,772号に開示されている。なお、この米国特許の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。典型的に、このような共振器は、所望のモードのみを優先的に反射するようにミラー空間範囲が制限された湾曲状のミラーを利用する。典型的に、その所望のモードは、最も低次の空間モードのみとされる。このようなミラーは、Ｋミラーと称されることがある。
【００６４】
図６に、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００を組み込んだ掃引光源レーザシステム４００を示す。
【００６５】
一般的に、レーザシステム４００は、バタフライ型のパッケージ４１０内に収容される。このパッケージ４１０は、密閉シールされた環境をレーザシステム４００の各種構成要素に提供する。典型的に、パッケージ４１０内には水分ゲッターが含まれる。また、一部の実施形態において、密閉パッケージ４１０内の雰囲気の大部分は、ヘリウム、窒素等の不活性気体とされる。他の例では、パッケージ４１０内に密封される雰囲気に反応性成分が含まれる。一例において、この反応性成分は、酸素またはオゾンである。この構成の理由は、米国特許出願公開公報第2012/0257210号(A1)に詳細に記載されている。なお、この米国特許出願公開公報の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。簡単に説明すると、酸素等の反応性成分は、パッケージ内に存在する有機物質と化学的に反応して二酸化炭素等のガスを発生させる。これにより、そのような有機物質がレーザの高温な光学的端面に付着することにより生じる、パッケージに起因した故障（ＰＩＦ）を回避することができる。
【００６６】
好ましい実施形態では、さらに、レーザシステム４００の温度が制御される。この構成は、パッケージ４１０内部を周辺温度を超える温度に加熱するヒータを使用することにより実現可能である。好ましい実施形態では、熱電冷却器４１２が、バタフライ型のパッケージ４１０の底部に固定されている。この熱電冷却器４１２には、駆動電流が電極４１４，４１６を介して供給される。
【００６７】
熱電冷却器４１２の上には、マイクロ光学ベンチ４２０が固定される。これにより、この光学ベンチ４２０に取り付けられたポンプレーザ等の各種能動素子から発生する熱を、熱電冷却器４１２を介してパッケージ４１０から取り除くことができる。
【００６８】
マイクロ光学ベンチ４２０の上側には、各種光学素子が取り付けられている。具体的に述べると、この実施形態およびそれ以外の図示の実施形態において、これらの光学素子は、それらの光軸が光学ベンチ４２０の平坦な上面と平行になるように当該光学ベンチ４２０に設けられている。
【００６９】
詳細を述べると、図示の実施形態では、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００が、出力光信号をメンブレン素子１１０側から発生させる。好ましくは、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００は、ベンチ４２０の上に直接かつ直立するように取り付けられる。一具体例として、メンブレン素子１１０は、そのメンブレンがベンチ４２０の上面である平面に直交するように取り付けられる。この場合、活性領域基板１１２における活性層１１８の平面も、ベンチ４２０の上面である平面に直交することになる。
【００７０】
その結果、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００から出射した光は、ベンチ４２０の上面と平行な方向に伝播する。出射した光は、ベンチ４２０に取り付けられた出力レンズ４３８によってコリメートされて、光ファイバ４４０のうち、ベンチ４２０に固定されたファイバ端面へと結合される。この光ファイバは、ファイバフィードスルー４１８を介して密閉パッケージ４１８の側壁から引き出されている。
【００７１】
図示の例において、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００は、光学的に励起される。具体的に述べると、ポンプ周波数（励起周波数）域の光は、同じくベンチ４２０の上に取り付けられたレーザチップ４３０により生成される。レーザチップ４３０は、サブマウントに取り付けられることもある。この場合、そのサブマウントをベンチ４２０に接合する。一例において、レーザポンプチップ４３０は、９８０ｎｍで動作する。レーザチップ４３０から出射されたポンプ光は、第１のポンプレンズ４３２によってコリメートされる。コリメートされた光は、アイソレータ４３４を通過する。アイソレータ４３４から出射した光は、第２のポンプレンズ４３６によってＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の活性領域基板１１２へと合焦される。図示の実施形態において、第１のポンプレンズ４３２、アイソレータ４３４および第２のポンプレンズ４３６は、ベンチ４２０に取り付けられている。
【００７２】
図７に、レーザシステム４００の他の実施形態を示す。この実施形態は、図６を参照しながら説明した実施形態とほぼ同一であるが、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の向きが異なる点で相違する。具体的に述べると、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００は、出力光信号を活性領域基板１１２側から発生させる。ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００から出射した光は、出力レンズ４３８によってコリメートされて、光ファイバ４４０のファイバ端面へと結合される。ただし、ポンプチップ４３０から出射された光は、メンブレン素子１１０側からＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００に結合する。
【００７３】
図８に、レーザシステム４００のさらなる他の実施形態を示す。図示の詳細な実施形態では、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００で生成された掃引信号がメンブレン素子１１０側から外部へと結合され、かつ、ポンプレーザ４３０から出射された光がメンブレン素子１１０を通ってＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００に結合する。
【００７４】
当然ながら、一変形例として、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の向きを逆にして、光が活性領域基板１１２を通って外部から結合され、かつ、光が活性領域基板１１２側から外部へと結合されるようにすることも可能である。
【００７５】
いずれの方法であっても、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００から出射した光は、コリメートレンズ４４２によってコリメートされた後、出力レンズ４３８に送光される。この出力レンズ４３８が、掃引光信号を光ファイバ４４０へと結合する。
【００７６】
このように２つのリレーレンズ４４２，４３８を使用する構成では、ポンプ光がコリメートされてビームスプリッタ／ビームコンバイナ素子４４４を透過する。一例において、スプリッタ／コンバイナ素子４４４は、偏光ビームスプリッタである。他の例において、スプリッタ／コンバイナ素子４４４は、波長分割多重フィルタ素子である。いずの方法であっても、スプリッタ／コンバイナ素子４４４は、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００から出射した光を、その偏光または波長に基づいて透過させる。
【００７７】
反対に、スプリッタ／コンバイナ素子４４４は、ポンプレーザ４３０によって生成された光の波長については反射する。結果として、ポンプレーザ４３０によって生成されて、第１のポンプレンズ４３２によってコリメートされ、アイソレータ４３４を通過し、第２のポンプレンズ４３６によってコリメートされ、折返しミラー４４６によって方向転換された光は、スプリッタ／コンバイナ素子４４４によって反射された後、コリメートレンズ４４２によって合焦されてＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００へと結合する。
【００７８】
したがって、この実施形態では、掃引光信号が、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００のうち、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００を光学的に励起する側と同じ側から取り出される。
【００７９】
図９に、レーザシステム４００のさらなる他の実施形態を示す。この実施形態は、図８に示した実施形態と、掃引光信号をＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００の外部へと結合する構成、およびポンプレーザ４３０からの光をＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００へと結合する構成については同じであるが、増幅段が組み込まれている点で相違する。
【００８０】
詳細を述べると、スプリッタ／コンバイナ素子４４４を透過した掃引光信号が、第１の利得段レンズ４５０によってコリメートされて第１の利得段アイソレータ４５２に入射する。第１の利得段アイソレータ４５２から出射された光は、第２の利得段レンズ４５４４５４によって合焦されて半導体光増幅器（ＳＯＡ）４５６へと結合する。
【００８１】
このＳＯＡ４５６は、光学ベンチ４２０の上面に設けられる。多くの場合、サブマウントを介設させる。ＳＯＡ４５６は、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００によって生成された掃引光信号を増幅して、増幅された信号を出力端面から放射し、この増幅された信号は第３の利得段レンズ４５８によってコリメートされる。この第３の利得段レンズ４５８は、その増幅された掃引光信号をコリメートし、この増幅・コリメートされた掃引光信号が第２の利得段アイソレータ４６０を通過する。最後に、出力レンズ４５８が、その増幅された掃引光信号を出力光ファイバ４４０へと結合する。
【００８２】
図１０に、レーザシステム４００のさらなる他の実施形態を示す。この実施形態においても、増幅段が組み込まれている。ただし、この実施形態は、図９を参照しながら説明した実施形態と、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００をダブルパス（二回進入）の自動追従型（double pass, self-tracking）構成で実現している点で相違する。
【００８３】
詳細を述べると、スプリッタ／コンバイナ素子４４４を透過した光が、第１の利得段アイソレータ４５２を通過して結合されだけでなく、偏光ビームスプリッタ４７０も透過する。図示の構成において、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００から放射された光は、その偏光方向により、偏光ビームスプリッタ４７０を透過直進することができる。
【００８４】
先の実施形態と同じく、この光はＳＯＡ４５６へと結合され、第２の利得段アイソレータ４６０を通過する。この光は、第４の利得段レンズ４６２を通過した後、一連の折返しミラー４６４，４６６，４６８により、前記偏光ビームスプリッタ４７０へと戻って結合するように反射される。
【００８５】
この実施形態での前記第２の利得段アイソレータ４６０は、さらに、１／２波長板を含む。この１／２波長板は、ＳＯＡ４５６によって増幅された前記掃引光信号の偏光方向を９０°回転させる作用を有するように構成されている。このような偏光方向に設定された光は、偏光ビームスプリッタ４７０によってＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００へと戻るように反射される。この光は、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００へと結合されて、活性領域基板１１２側から出射され、出力レンズ４３８によってコリメートされて光ファイバ４４０に入射する。
【００８６】
この構成によれば、光がＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００に戻ってフィルタリングされるため、ＳＯＡ４５６からの増幅自然放出光を取り除くことができる。
【００８７】
一例において、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００は、２回目のパス（進入）時にＡＳＥ（増幅自然放出光）を取り除くように、単一の偏光方向の光のみをレーザ発振する。
【００８８】
図１１に、掃引光信号の生成にＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ１００を用いる、光コヒーレンス分析システム１２（例えば、トモグラフィシステム）を示す。
【００８９】
掃引光源システム４００は、波長可変な光信号（すなわち、掃引光信号）を生成する。この光信号は、光ファイバ４４０を介して干渉計５００に伝送される。掃引光信号は、狭い帯域幅の出射で所与の走査帯域にわたって走査される。
【００９０】
掃引光源システム４００は、掃引光信号を生成して当該掃引光信号を１キロヘルツ（ｋＨｚ）超（よりも速い）レートで少なくとも１つの走査帯域にわたって繰り返し走査する、概して高速チューニング向けシステムである。この実施形態において、掃引光源システム４００は、２０ｋＨｚ超または１００ｋＨｚ超の速度でチューニングする。極めて高速な実施形態では、マルチ掃引レート型の掃引光源システム４００は、２００ｋＨｚ超または５００ｋＨｚ超の速度でチューニングする。
【００９１】
典型的に、チューニング幅（すなわち、走査帯域幅）は、１０ナノメートル（ｎｍ）よりも広い。この実施形態において、好ましくは、チューニング幅は、５０〜１５０ナノメートル（ｎｍ）である。しかし、一部の例では、より広いチューニング帯域幅も考えられる。また、前記狭い帯域幅の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満または２０ギガヘルツ（ＧＨｚ）未満であってもよく、通常は５ギガヘルツ（ＧＨｚ）以下である。このような高いスペクトラル分解能は、光コヒーレンストモグラフィ法において長いコヒーレンス長を意味するので、試料における深い場所（例えば、５ミリメートル（ｍｍ）よりも大きい深さの場所など）の画像撮影が可能になる。その一方で、そこまでの高性能が要求されない場合（例えば、試料における１メートル（ｍｍ）未満の深さの場所のＯＣＴ画像撮影などの場合）には、前述したよりも広いＦＷＨＭパスバンド幅（例えば、約２００ギガヘルツ（ＧＨｚ）以下など）でもよい場合がある。
【００９２】
チューニング速度は、「単位時間あたりの波長」で表すこともできる。一例として、チューニング帯域幅（すなわち、走査帯域幅）＝約１１０ナノメートル（ｎｍ）および走査レート＝１００キロヘルツ（ｋＨｚ）で、略線形的なアップチューニングがデューティ比＝６０％で行われるとすると、そのピーク掃引速度は、１１０ｎｍ×１００ｋＨｚ／０．６０＝１８，３００ナノメートル（ｎｍ）／ミリ秒＝１８．３ナノメートル（ｎｍ）／マイクロ秒、あるいは、それを超える速度になる。他の例として、チューニング範囲＝約９０ナノメートル（ｎｍ）および走査レート＝５０キロヘルツ（ｋＨｚ）で、略線形的なアップチューニングがデューティ比＝５０％で行われるとすると、そのピーク掃引速度は、９０ｎｍ×５０ｋＨｚ／０．５０＝９，０００ナノメートル（ｎｍ）／ミリ秒＝９．０ナノメートル（ｎｍ）／マイクロ秒、あるいは、それを超える速度になる。チューニング帯域幅を狭くした他の例として、チューニング範囲＝約３０ナノメートル（ｎｍ）および走査レート＝２キロヘルツ（ｋＨｚ）で、略線形的なチューニングがデューティ比＝８０％で行われるとすると、そのピーク掃引速度は、３０ｎｍ×２ｋＨｚ／０．８０＝７５ナノメートル（ｎｍ）／ミリ秒＝０．０７５ナノメートル（ｎｍ）／マイクロ秒、あるいは、それを超える速度になる。
【００９３】
したがって、本明細書における好ましい実施形態では、走査レートとしての掃引速度が、０．０５ナノメートル（ｎｍ）／マイクロ秒超、好ましくは５ナノメートル（ｎｍ）／マイクロ秒超である。より高速な用途では、走査レートとしての掃引速度が、１０ナノメートル（ｎｍ）／マイクロ秒超である。
【００９４】
コントローラ（制御手段）５９０が、フィルタ又はチューナブル素子（チューニング可能な素子）を駆動する駆動波形、すなわちＤＡ変換器（ＤＡＣ）５７２に供給される波形を生成する。これにより、チューナブル素子駆動信号５０８が生成され、増幅器５７４によって増幅され、掃引光源システム４００に印加される。具体的に述べると、その信号は、メンブレン層ボンドパッド３３４とハンドルウェーハボンドパッド３３６とを介してメンブレン基板１１０の静電キャビティに印加される静電駆動信号である。一例において、コントローラ５９０は、掃引光源システム４００の周波数掃引を線形化するフィルタ駆動波形を記憶している。
【００９５】
クロックシステム５９２は、掃引光信号が所与の走査帯域（すなわち、チューニング帯域）にわたってチューニング（すなわち、掃引）される間、ｋクロック信号を等間隔の光周波数サンプリング間隔で生成する。掃引光源信号スプリッタ５０６は、掃引光信号の一部をクロックシステム５９２に供給する。
【００９６】
図示の例では、マッハ＝ツェンダ型の干渉計５００が、試料５からの光信号を分析するのに用いられる。掃引光源システム４００の掃引光信号が、光ファイバ４４０を介して９０／１０光ファイバカプラ５１０（これは一具体例であり、別の構成のビームスプリッタ（カプラ）であってもよい）に伝送される。この掃引光信号は、光コヒーレンス分析システム１２の参照アーム５２０と試料アーム５１２とに分割される。
【００９７】
参照アーム５２０の光ファイバは、ファイバ端面５２４で終端する。一部の例において、この参照アームファイバ端面５２４から出射した光５０２Ｒは、レンズ５２６によってコリメートされた後、参照ミラー５２８で反射されて戻る。
【００９８】
一例において、この参照ミラー５２８は、調節可能な光ファイバを有し、ミラーまでの距離を調節可能にする。この距離により、深さ方向の撮像範囲が決まり、言い換えれば、参照アーム５２０と試料アーム５１２との光路長差がゼロとなる試料５内の位置が決定する。この距離は、試料に対して使用するプローブおよび／または撮像する試料に応じて調節される。参照波ミラー５２８で反射された光は、参照アームサーキュレータ５２２に戻り、５０／５０ファイバカプラ等の干渉信号コンバイナ５４０へと方向付けられる。自由空間光学構成を採用するような他の例では、コンバイナ５４０が、部分反射ミラー／ビームスプリッタとされる。
【００９９】
試料アーム５１２の光ファイバは、試料アームプローブ５１６で終端する。このプローブ５１６からは、掃引光信号５０２Ｓが試料５において収束するように出射される。試料５からの反射光は、試料アームサーキュレータ５１４に戻り、干渉信号コンバイナ５４０へと方向付けられる。
【０１００】
干渉信号コンバイナ５４０では、参照アーム５２０からの光信号と試料アーム５１２からの光信号とが結合（又は混合）し、干渉信号を生成する。
【０１０１】
この干渉信号は、検出システム５５０によって検出される。具体的に述べると、図示の実施形態では、バランスド受信器が２つの検出器５５２を有しており、これら２つの検出器５５２が、ファイバカプラ５４０の各出力にそれぞれ対応している。バランスド受信器５５２から出力される電気形態の干渉信号は、増幅器５５４（例えば、トランスインピーダンス増幅器など）によって増幅される。
【０１０２】
検出システム５５０におけるデータ取得・処理システム５５５が、増幅器５５４からの干渉信号出力をサンプリングする。具体的に述べると、データ取得・処理システム５５５は、クロックシステム５９２から得られるｋクロック信号を用いて、当該システムによるデータ取得を掃引光源システム４００の周波数チューニングに同期させる。より具体的に述べると、データ取得・処理システム５５５は、ｋクロック信号に応答して前記干渉信号をサンプリングし、光周波数ドメイン（領域）で前記干渉信号の等間隔サンプルを生成する。
【０１０３】
試料５についての完全なデータの収集は、プローブ５１６からの集束したビームを試料５に対して直交ｘ−ｙ方式または円柱θ−ｚ方式で空間的にラスタ走査を行うことによって実行される。各ポイントでのスペクトル応答は、掃引光源システム４００の周波数チューニングにより発生する。このようにして収集したデータに対し、データ収集・処理システム５５５がフーリエ変換を実行することにより、試料５の二次元または三次元の断層画像を再構成することができる。この変換後のデータは、表示システム５８０によって表示される。
【０１０４】
ある用途では、プローブ５１６を血管内に挿入することにより、動脈の内壁および静脈の内壁を走査する。別の例では、プローブ５１６に、他の分析手段、例えば、血管内超音波法（ＩＶＵＳ）、前方視ＩＶＵＳ（ＦＬＩＶＵＳ）、高密度焦点式超音波療法（ＨＩＦＵ）、感圧式ワイヤ、画像誘導治療装置等を設けてもよい。別の用途では、プローブ５１６が、患者（ヒト）又は動物における眼、歯又はその他の構造の、様々な部分を走査するのに使用される。
【０１０５】
本発明を、詳細に図示した好適な実施形態を参照しながら詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく構成および細部に様々な変更を施すことができ、そのような変更も添付の特許請求の範囲に包含される。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
光を増幅する活性層を有する活性領域基板と、
前記活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子と、
を備える、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様２〕
態様１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、さらに、
前記活性領域基板を前記光学メンブレン素子から離隔させるスペーサ素子、
を備える、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様３〕
態様１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記活性領域基板が、さらに、リアミラーを有する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様４〕
態様３に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記リアミラーが、前記活性領域基板内の層である、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様５〕
態様３に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記リアミラーが、前記活性領域基板に形成された光ポートに付着されている、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様６〕
態様３に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記リアミラーが、前記活性領域基板によって増幅された光の波長は反射し、ポンプレーザによって生成された光の波長は透過するダイクロイックミラーである、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様７〕
態様１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記光学メンブレン素子が、基板層、メンブレンがパターン形成された素子層、および介在する絶縁層を有する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様８〕
態様７に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記絶縁層が、静電キャビティを画定する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様９〕
態様１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、前記活性領域基板から離れる方向に撓み変形する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様１０〕
態様１に記載のＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬにおいて、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、湾曲状のミラー構造を有する、ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ。
〔態様１１〕
ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを作製する方法であって、
光を増幅する活性層を有する活性領域基板を用意する工程と、
前記活性領域基板に光学メンブレン素子を接合する工程と、
を含む、方法。
〔態様１２〕
態様１１に記載の方法において、前記活性領域基板に前記光学メンブレン素子を接合する工程が、前記光学メンブレン素子を前記活性領域基板に熱圧着することを含む、方法。
〔態様１３〕
態様１１に記載の方法において、前記活性領域基板に前記光学メンブレン素子を接合する工程が、前記光学メンブレン素子を前記活性領域基板にはんだ接合することを含む、方法。
〔態様１４〕
ＶＣＳＥＬ掃引光源が集積化されたシステムであって、
光学ベンチと、
前記光学ベンチに設けられ、当該光学ベンチの上面と平行に伝播する掃引光信号を放射するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬと、
を備える、システム。
〔態様１５〕
態様１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに固定され、前記掃引光信号を光ファイバに結合する集束レンズ、
を備える、システム。
〔態様１６〕
態様１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチを収容する、密閉パッケージ、
を備える、システム。
〔態様１７〕
態様１６に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチと前記密閉パッケージ内部との間に、当該光学ベンチの温度を制御するように設けられた熱電冷却器、
を備える、システム。
〔態様１８〕
態様１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに設けられ、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ内の活性層を光学的に励起するポンプ光を生成するレーザポンプ、
を備える、システム。
〔態様１９〕
態様１８に記載のシステムにおいて、さらに、
前記レーザポンプと前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬとの間に位置し、戻り反射が前記レーザポンプに入るのを防止するアイソレータ、
を備える、システム。
〔態様２０〕
態様１８に記載のシステムにおいて、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの一方の側面から前記掃引光信号が取り出され、当該ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの他方の側面に前記ポンプ光が結合する、システム。
〔態様２１〕
態様１８に記載のシステムにおいて、前記掃引光信号が、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの側面うち、前記ポンプ光が結合する側面と同一の側面から取り出される、システム。
〔態様２２〕
態様１４に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに設けられ、前記掃引光信号を増幅する半導体光増幅器、
を備える、システム。
〔態様２３〕
態様２２に記載のシステムにおいて、さらに、
前記半導体光増幅器の両側のそれぞれに１つずつ位置する、２つのアイソレータ、
を備える、システム。
〔態様２４〕
態様２３に記載のシステムにおいて、前記半導体光増幅器から、増幅された前記掃引光信号が戻って、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを通って伝播する、システム。
〔態様２５〕
態様２３に記載のシステムにおいて、さらに、
前記半導体光増幅器からの増幅された前記掃引光信号を、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに結合するように導く偏光ビームスプリッタ、
を備える、システム。
〔態様２６〕
態様１４に記載のシステムにおいて、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬが、電気的に励起される、システム。
〔態様２７〕
掃引光信号を参照アームと試料アームとに分割し、前記参照アームから戻る光信号と前記試料アームから戻る光信号とを結合して干渉信号を生成する干渉計と、
光を増幅する活性層を有する活性領域基板および当該活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子を含み、前記掃引光信号を生成するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬと、
前記干渉信号を検出する検出システムと、
を備える、光コヒーレンス分析システム。
【図１】
2019024134.tif 000003
【図２】
2019024134.tif 000004
【図３】
2019024134.tif 000005
【図４】
2019024134.tif 000006
【図５】
2019024134.tif 000007
【図６】
2019024134.tif 000008
【図７】
2019024134.tif 000009
【図８】
2019024134.tif 000010
【図９】
2019024134.tif 000011
【図１０】
2019024134.tif 000012
【図１１】
2019024134.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月6日(2018.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光コヒーレンス分析システムであって、
掃引光信号を参照アームと試料アームとに分割し、前記参照アームから戻る光信号と前記試料アームから戻る光信号とを結合して干渉信号を生成する干渉計と、
前記干渉信号を検出する検出システムと、
集積化されたＶＣＳＥＬ掃引光源システムであって、
光学ベンチ、
前記光学ベンチを収容する、密閉パッケージ、
前記光学ベンチに設けられ、当該光学ベンチの上面と平行に伝播する前記掃引光信号を放射するＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬであって、光を増幅する活性領域基板、および当該活性領域基板に取り付けられた光学メンブレン素子を含むＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬ、
前記光学ベンチに設けられ、前記活性領域基板を光学的に励起するポンプ光を生成するレーザポンプ、ならびに、
前記光学ベンチに設けられ、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬからの前記掃引光信号を増幅する半導体光増幅器を含むＶＣＳＥＬ掃引光源システムと、
を備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチに固定され、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬからの前記掃引光信号の焦点を合わせ、かつ、前記レーザポンプからの前記ポンプ光を前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに結合する集束レンズ、
を備える、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
前記光学ベンチと前記密閉パッケージ内部との間に、当該光学ベンチの温度を制御するように設けられた熱電冷却器、
を備える、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
前記レーザポンプと前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬとの間に位置し、戻り反射が前記レーザポンプに入るのを防止するアイソレーション、
を備える、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記掃引光信号が、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬの側面うち、前記ポンプ光が結合する側面と同一の側面から取り出される、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬと前記半導体光増幅器との間のアイソレータと、
前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬからの光を前記アイソレータに結合する第１のレンズと、
前記アイソレータからの光を前記半導体光増幅器に結合する第２のレンズと
を備える、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
前記半導体光増幅器の両側のそれぞれに１つずつ位置する、２つのアイソレータ、
を備える、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記半導体光増幅器から、増幅された前記掃引光信号が戻って、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬを通って伝播する、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、さらに、
前記半導体光増幅器からの増幅された前記掃引光信号を、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに結合するように導く偏光ビームスプリッタ、
を備える、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬが、前記活性領域基板を前記光学メンブレン素子から離隔させるスペーサ素子を含む、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記活性領域基板が、さらに、光ポート、および当該光ポートの底部におけるミラーを含む、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記ミラーがダイクロイックミラーである、システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、前記活性領域基板から離れる方向に撓み変形する、システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記光学メンブレン素子の光学メンブレンが、湾曲状のミラー構造を有する、システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記集積化されたＶＣＳＥＬ掃引光源が、さらに、
前記レーザポンプからの光を前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬに結合し、かつ、前記ＭＥＭＳ波長可変ＶＣＳＥＬからの光を前記半導体光増幅器に結合するビームスプリッタ／ビームコンバイナ素子を含む、システム。