(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ個（Ｎは１より大きい）の波長軌跡を有するＮ個の可変ＶＣＬ出力（１１５）を放出するＮ個の波長掃引垂直キャビティレーザ（ＶＣＬ）（１００）を備え、総波長範囲にわたって多重化された波長掃引放射を放出する、光源と、
前記多重化された波長掃引放射を生成するために前記Ｎ個の可変ＶＣＬ出力を組み合わせて１つの共通の光路にするコンバイナ（１１０）と、
前記多重化された波長掃引放射をサンプル（１５０）及び基準光路（１４０）に分割するスプリッタと、
前記サンプルからの反射と前記基準光路を横切る光との間の光学的干渉によって生成された干渉信号を検出する光検出器（１７０）と、
前記サンプルのイメージを構成するために前記干渉信号を用いる信号処理システム（１９０）と、
システム内で２つの実質的に異なるイメージングの範囲に対応する可変の掃引レートに合わせた共振動作を可能とするための、第１の機械的共振周波数を有する第１のＭＥＭＳ−ＶＣＬと、前記第１の機械的共振周波数とは実質的に異なる第２の機械的共振周波数を有する第２のＭＥＭＳ−ＶＣＬと、を備え、
前記Ｎ個の波長軌跡のうちの少なくとも１つが、波長反復率、波長掃引速度、位相変換及び波長調整範囲からなる群のうちの少なくとも１つのパラメータに関して、前記Ｎ個の波長軌跡のうちの他の１つと実質的に異なり、
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザの全てが１つずつ電圧源により調整されるＭＥＭＳ可変ＶＣＬである、
波長掃引光源（ｓｗｅｐｔ  ｓｏｕｒｃｅ）光コヒーレンストモグラフィのためのシステム。
【請求項２】
前記Ｎ個のＶＣＬのそれぞれが電気的にポンピングされる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記Ｎ個のＶＣＬのそれぞれが光学的にポンピングされる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記Ｎ個のＶＣＬのそれぞれが統合されたＶＣＬの光ポンプを有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
単一の光ポンプが前記Ｎ個のＶＣＬをすべてポンピングするために用いられる、
請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
単一の光増幅器が前記波長掃引放射を増幅するために用いられる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
それぞれのＶＣＬが光増幅器にモノリシックに統合される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのすべてが共通の基板にモノリシックに統合される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記Ｎ個のＶＣＬの可変出力のうちの厳密に１つが任意の時点でオンにされる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが電気的にポンピングされ、且つ、前記Ｎ個のＶＣＬ出力のそれぞれが電気的なポンプの駆動電流の制御によってオン及びオフにされる、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが異なる波長反復率で繰り返し掃引される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが異なる波長帯域幅にわたって掃引される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
狭い波長帯域幅にわたって掃引されるＶＣＬは長距離のイメージングに用いられ、且つ、広い波長帯域幅にわたって掃引されるＶＣＬは短距離のイメージングに用いられる、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
低い波長反復周波数のＶＣＬは長距離のイメージングに用いられ、且つ、高い波長反復周波数のＶＣＬは短距離のイメージングに用いられる、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが第１の波長反復周波数を有する単一の調整波形によって駆動され、当該単一の調整波形のそれぞれが当該単一の調整波形のうちの他の１つの位相変換された複製であり、且つ、前記多重化された波長掃引放射が前記第１の波長反復周波数のＮ倍である第２の波長反復周波数を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザは、
第１のＶＣＬの波長調整範囲にわたって第１のＶＣＬ出力を放出する第１のＶＣＬと、
第２のＶＣＬの波長調整範囲にわたって第２のＶＣＬ出力を放出する第２のＶＣＬと、を含み、
前記総波長範囲は前記第１のＶＣＬの波長調整範囲と前記第２のＶＣＬの波長調整範囲との組合せである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つがＭＥＭＳ構造の機械的共振で駆動される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つが真空環境において駆動される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれがＭＥＭＳ構造の機械的共振で駆動される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが真空環境にある、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記真空環境が真空バタフライパッケージによって提供される、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記真空環境が真空トランジスタアウトラインパッケージによって提供される、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電圧源の最大駆動電圧が１０Ｖ未満である、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記総波長範囲が約７５０ｎｍから９００ｎｍの範囲に含まれる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記総波長範囲が約９５０ｎｍから１１５０ｎｍの範囲に含まれる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
前記総波長範囲が約１２００ｎｍから１６５０ｎｍの範囲に含まれる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記総波長範囲が約１７００ｎｍから２３００ｎｍの範囲に含まれる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記サンプルがヒトの眼である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
前記イメージが前記ヒトの眼の前眼部の一部及び網膜の一部を含む、
請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記サンプルがヒトの組織を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記サンプルが動物の組織を含む、
請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年３月１５日に出願され、現在係属中である米国仮特許出願第６１／７９３，６０４号の利益を享受することを請求する。米国仮特許出願第６１／７９３，６０４号による開示は、ここに、参照されることにより取り込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、可変レーザ及び可変レーザの応用、材料又はサンプルの特性の特徴付け、材料又はサンプルの変更、光コヒーレンストモグラフィ、スペクトル分析、センサ、測定、通信、及び、垂直キャビティレーザに関する。
【背景技術】
【０００３】
波長可変レーザ及び広帯域可変レーザは、材料、物体又はサンプルの特性を特徴付けし又は変更を加えるために用いられる様々な器具、デバイス、又は道具の不可欠な要素である。波長可変レーザ及び広帯域可変レーザは、センサ及びデータの伝送及び通信にも用いられる。多数の応用において、波長は連続的に調整され（例えば、波長が時間で掃引される）、おそらく、望ましいチューニングプロファイルに従う。他の応用においては、レーザは、相当の時間、特定の波長に調整され、且つ、主に定常であるように留められ又は維持される。多数の応用に関する固有のニーズに適応され得る高度に柔軟且つ構成可能な可変又は掃引レーザ源に対する必要性が存在する。ここで説明されるのは、レーザアレイが改善された性能又は追加機能を備える様々な応用に適用されることを可能とするために、特定の性質を有するように選択された一連のレーザ源からなるレーザアレイである。レーザアレイの適用され得る応用は、介入的医学、基礎研究、生物学の研究、レーザを基にするスペクトル分析、医療用イメージング、生物学のイメージング、工業用イメージング、材料の特性の特徴付け、サンプルの形態学的特性の特徴付け、サンプルの変更、サンプルの刺激、光学センサ、環境センサ、健康センサ、光学的検出、光学的信号生成、データ送信、データ通信及び干渉計測を含むが、これらに限定されない。これらのレーザアレイの中心波長は、深紫外から遠赤外までの完全な光学スペクトルにわたり、実質的に完全な１オクターブを超える調整範囲に対して、中心波長の数％外までをカバーする調整範囲を有する。これらの例は、レーザ及びより具体的に可変レーザが有益であることが理解されてきた多数の応用のサブセットであり、現在の発明が上述された特定の応用を超えてより一般的に適用されることが理解される。
【０００４】
本発明の実施形態には幅広い応用に用いられ得るものがあるが、特定の応用の文脈においてその実施形態を考慮することが有用である。光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、波長可変レーザを用いて実現され得る光学的イメージング技術の１つである。光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、サンプルの高解像深度のプロファイリング又は形態学的特性の特徴付けをサンプル中又はサンプル表面において提供し得る非侵襲性のイメージング技術である。ＯＣＴは、ドップラーＯＣＴによるサンプル中で起こる動的過程に関する情報、分光ＯＣＴによるサンプルに関する分光学的情報、偏光感度ＯＣＴを経たサンプルに関する偏光及び複屈折の情報、及び、強度位相感度ＯＣＴを経た偏向又は運動の精度測定をも提供し得る。ＯＣＴは、本明細書に記載されたレーザアレイによってもたらされる利点の詳細な情報を提供するために用いられるであろう。明快さを追加するため、ＶＣＬデバイスの利用に基づいて例が提供されるが、任意の可変レーザがＶＣＬに代替し得ることが理解されるべきである。近年では、波長掃引レーザを用いた波長掃引光源（ｓｗｅｐｔ  ｓｏｕｒｃｅ）光コヒーレンストモグラフィ（ＳＳＯＣＴ）が、時間領域及びスペクトル領域のＯＣＴシステムに対して、優れたイメージング品質、優れたイメージング範囲、及び、優れたイメージング速度を実証している。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）可変垂直キャビティレーザ（ＭＥＭＳ−ＶＣＬ）は、真に単一モードのモードホップフリー動作が長いコヒーレンス長を可能とするため、且つ、短いキャビティと小さいＭＥＭＳミラーの質量がメガヘルツの波長スキャンレートを可能とするため、新興のＳＳＯＣＴシステムにおける重要な波長掃引光源となると期待されている。これらの長所は、非特許文献１に記述されている。１つのＶＣＬを波長掃引光源として利用する従来技術のＯＣＴシステムはメガヘルツのレート及び１００ｎｍより大きい波長掃引範囲を可能にした。それにもかかわらず、イメージング速度及び掃引軌跡は、機械的共振及び単一のＭＥＭＳアクチュエータの動的性質によって制限されたままであり、波長掃引範囲は、単一の半導体の利得媒質の利得帯域幅によって制限されたままである。従来技術のＯＣＴシステムは一定の周波数応答であるＭＥＭＳ−ＶＣＬをも用い、単一のＶＣＬにおいて可変波長掃引レート及び基本駆動周波数の高調波を加える際の掃引軌跡の線形化を可能とした。いくつかの応用においては、しかしながら、真空環境における低電圧動作を利用するため、非特許文献２に記述されているように、ＭＥＭＳデバイスの機械的共振において動作させることが有利である。
【０００５】
上記から、ＭＥＭＳ−ＶＣＬ、又は掃引速度がＭＥＭＳミラーの機械的共振に制限されず、波長調整範囲が単一の半導体の利得媒質の利得帯域幅に制限されず、低電圧及び可能な限り共振動作を利用する、他のレーザ技術を利用するＳＳ−ＯＣＴシステムにおいて使用され得る光源には重要な意義があることは明らかである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ、Ｊ．Ｊｉａｎｇ、Ｂ．Ｐｏｔｓａｉｄ、Ｇ．Ｃｏｌｅ、Ｊ  Ｆｕｊｉｍｏｔｏ及びＡ．Ｃａｂｌｅ著  「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  ｂｒｏａｄｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ，  ｎａｒｒｏｗ  ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ，  ｈｉｇｈ  ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｒａｔｅ  １３１０ｎｍ  ＶＣＳＥＬｓ  ｆｏｒ  ｓｗｅｐｔ  ｓｏｕｒｃｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」  ＳＰＩＥ  第８２７６巻  ８２７６０Ｄ  ２０１２年
【非特許文献２】Ｇ．Ｄ．Ｃｏｌｅ、Ｊ．Ｅ．Ｂｏｗｅｒｓ、Ｋ．Ｌ．Ｔｕｒｎｅｒ及びＮ．Ｃ．ＭｃＤｏｎａｌｄ著  「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＥＭｓ−Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  ＳＯＡｓ」  ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＭＥＭＳ  ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  （ＭＯＥＭＳ  ２００５），  Ｏｕｌｕ，  Ｆｉｎｌａｎｄ，  ２００５年８月１〜４日
【非特許文献３】Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ、Ｇ．Ｄ．Ｃｏｌｅ、Ｍ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ、Ａ．Ｕｄｄｉｎ及びＡ．Ｃａｂｌｅ著  「Ｈｉｇｈ  Ｓｗｅｅｐ  Ｒａｔｅ  １３１０ｎｍ  ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ  ｗｉｔｈ  ａ  １５０ｎｍ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｔｕｎｉｎｇ  ｒａｎｇｅ」  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２０１２年５月５日
【非特許文献４】Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ、Ｇ．Ｄ．Ｃｏｌｅ、Ｍ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ、Ｃ．Ｂｕｒｇｎｅｒ、Ｄ．Ｊｏｈｎ、Ａ．Ｕｄｄｉｎ及びＡ．  Ｃａｂｌｅ著  「Ｒａｐｉｄｌｙ−ｓｗｅｐｔ  Ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｌｙ  ｔｕｎａｂｌｅ  １０６０ｎｍ  ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬｓ」  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２０１２年９月６日
【非特許文献５】Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ、Ｔ．Ｊ．Ｇｏｏｄｎｏｕｇｈ、Ｔ．Ｌ．Ｂｅａｍ、Ｆ．Ｍ．Ａｈｅｄｏ及びＲ．Ａ．Ｍａｕｒｉｃｅ著  「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｎｇｌｅ  ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍｏｄｅ  １３１０ｎｍ  ＶＣＳＥＬ  ｕｐ  ｔｏ  １１５Ｃ」  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  第１２巻  第１２号  ２０００年１２月
【非特許文献６】Ｍ．Ｎａｋａｈａｍａ、Ｔ．Ｓｈｉｍａｄａ及びＦ．Ｋｏｙａｍａ著  「Ｌａｔｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ  ａｎｄ  ｓｌｏｗ  ｌｉｇｈｔ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｂｏｏｓｔｉｎｇ  ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ  ｐｏｗｅｒ」  ＩＥＩＣＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  第９巻  第６号  Ｐ５４４〜Ｐ５５１  ２０１２年
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
波長可変レーザは、出力される放射の波長又は光学的周波数を調整し得るレーザであり（図１）、調整は定められた範囲にわたって連続的に、若しくは、段階的に、又は、これら２つの任意の組合せにより達成され得る。波長の調整は、個々のレーザに組み込まれた可変フィルタ要素を用いて実現され得るか、又は、調整は、温度、駆動電流、若しくは大気圧などの外的要因の固有の波長依存性を用いることによって実現され得る。広帯域可変レーザは広い波長の幅にわたって調整され得る可変レーザである。そのレーザの波長可変性は、サンプルを特徴付け、サンプルを永久に変更し、又はサンプルに影響を与えるかもしれない、例えば、スペクトル分析、原子若しくは分子励起、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）イメージング、切除、熱刺激、加熱、移動、熱衝撃、蛍光励起、又は除去などの様々な応用にとって有用である（図２）。可変レーザは、光検出と測距（ＬＩＤＡＲ）システムに用いられる。レーザの波長可変性は空き領域又は光ファイバのいずれかの設計を用いる光学センサへの入力としても有用であろう（図２）。レーザの波長可変性は、データ又は通信のリンクの一部としても利用され得る（図２）。
【０００８】
本発明の実施形態は少なくとも２つのレーザからなるアレイを利用し、その実施形態においては、アレイに含まれるレーザの出力が１つの光学系に多重化される（図３）。個々の光源又は光は一般的な発明におけるレーザであると理解されるが、レーザアレイを構成するＶＣＬの設計には長所がある。本発明は、ＶＣＬではない光源を用いる実施形態を含むと理解されるが、１実施形態において、本発明は少なくとも２つの可変垂直キャビティレーザ（ＶＣＬ）からなるアレイを利用し、その実施形態においては、アレイに含まれるＶＣＬの出力は１つの光学系に多重化される（図４）。本発明の１実施形態は、少なくとも２つの可変垂直キャビティレーザ（ＶＣＬ）からなるアレイを利用し、その実施形態においては、アレイに含まれる当該ＶＣＬの出力は１つの共通の光ファイバに多重化され、１つのＶＣＬを単独で使用する場合に比べて優れた性能を有する多重化された波長掃引放射を生成する。ＶＣＬの出力は空き領域の光学系に多重化されてもよいし、又は、この光学系は空き領域と光ファイバのいくつかの組合せを利用してもよい。本発明の好適な１実施形態は、単一の駆動波形の位相変換された複製によって駆動されるＶＣＬからなるアレイを利用し、優れたデューティサイクルとともに、１つのＶＣＬで可能なレートを超えるスキャンレートの増加を可能にする。同様に、それぞれのＶＣＬに専用のドライバを導入することで、個別の波形を伴うそれぞれのＶＣＬを駆動して１つのＶＣＬで可能なレートを超えるスキャンレートを達成することも可能であるが、改善された掃引軌跡の特性が要求される。別の実施形態は、異なる波長の範囲において動作し、ＶＣＬが互いに多重化された場合により広い有効掃引範囲を可能とするＶＣＬを利用する。別の実施形態においては、アレイを構成する異なるＶＣＬは、単一のデバイスで長短距離の範囲のイメージングに対応する可変の掃引レートに合わせた共振動作を可能とするため、異なる機械的共振を有し、又は、異なる帯域にわたって駆動される。ＶＣＬは共振を外れて動作してもよい。より一般的には、１又は複数のＶＣＬに対応する様々な電気的又は光学的駆動波形を形成することにより、さらなる柔軟性が実現される。１又は複数の個々のＶＣＬの調整カーブの形状の制御と、波長の範囲、単位時間あたりの波長を単位とする掃引速度、及び使用前又は使用中の反復率の制御とを組み合わせることにより、サンプル又はそのサンプルを取り巻く環境の条件を変更するためにＶＣＬシステムが動作中に最適化されることを可能とする。電気的にポンピングされるＶＣＬ（図４）に関しては、出力放射強度及び波長調整軌跡は、ＶＣＬへの電気的な入力を制御することにより、制御され得る。光学的にポンピングされるＶＣＬ（図５）に関しては、出力放射強度及び波長調整軌跡は、ＶＣＬにおけるポンプ強度及びアクチュエータへの電気信号をそれぞれ制御することにより、制御され得る。ＶＣＬからなるアレイの出力強度を増幅するために、光増幅器が用いられ得る（図６）。ＶＣＬの出力を増大させ又は光増幅器を用いるＶＣＬの強度を制御することは、波長可変レーザの多数の応用にとって重要である。例えば、波長掃引レーザの１つの応用は、ＯＣＴイメージングであるが、高い計器感度のためには高い出力強度が望ましく、出力強度を波長の関数として制御することが好ましい。光増幅器は、電気的にポンピングされる実施形態（図６）及び光学的にポンピングされる実施形態（図７）の両方に使用され得る。光増幅器への電気的又は光学的入力は、レーザアレイの時間の関数として、出力強度に動的に影響を与えるように制御され得る。いくつかの応用においては、高い出力強度及び出力強度の制御が不要な場合、光増幅をせずに複数のＶＣＬからなるアレイからの出力が利用されてもよい。
【０００９】
上述したように、１又は複数のＶＣＬの様々な電気的又は光学的駆動波形を形成することにより、さらなる柔軟性が実現される。レーザアレイを構成する個々のレーザの光学的出力を動的に変化させるために用いられることもできる基礎的なレーザアレイとは関係のない多数のデバイスがあることが理解される。例えば、光科学で知られている広範な変調器から得られた電気光学的変調器が、波長、偏光、強度、コヒーレンス又はこのようなデバイスで典型的に制御される他の任意の性質を有利に制御するために用いられ得る。本発明は、個々のレーザの性能を超える拡張された性能を有する多レーザシステムを生成するために、システム内でそれぞれのレーザの特定の性能特性の制御を同期するという点において、レーザの集合を利用する他のシステム、例えば、一列の（ａ  ｂａｎｋ  ｏｆ）光電気通信ＤＦＢ又は可変半導体バックアップレーザとは実質的に異なる。制御される特性は、ある制御方法で影響を受け得るアレイ内のレーザの任意の仕様である。この制御により、本書のレーザアレイが単一のレーザに比べて優れた方法で複雑な処理を実行するために用いられることを可能とする。故障したレーザの代わりとなる準備された交換品として配置されるという点で、レーザの集合であるバックアップレーザ列（ｂａｎｋ）と異なる。レーザアレイの性能を拡張するためにアレイ内でレーザの体系化された制御に関する本発明とは対照的に、１つの上述の例は拡張された調整範囲を提供するための多数のレーザの組合せである。より一般的には、このレーザアレイは本書に記載されたような複雑な機能を実行するために用いられ得る。本発明は、相補的な特徴がつなぎ合わされ、又はある方法で結合されることを可能とする電気的、電子的又はプロセッサ制御に加えて、その性能特性がお互いに補う一連のレーザを組み合わせることにより、既存のレーザシステムでは不可能な性能のレベルを提供し、光学系において、従来達成できなかった結果を伴って、レーザアレイを利用することを可能にする。
【００１０】
本発明の一実施形態は、波長掃引光源（ｓｗｅｐｔ  ｓｏｕｒｃｅ）光コヒーレンストモグラフィシステムである。このシステムは総波長範囲にわたって、多重化された波長掃引放射を放出する光源を備える。光源は、Ｎ個（Ｎは１より大きい）の波長軌跡を有するＮ個の可変ＶＣＬ出力を放出するＮ個の波長掃引垂直キャビティレーザ（ＶＣＬ）、多重化された波長掃引放射を生成するためのＮ個の可変ＶＣＬ光出力を組み合わせて１つの共通の光学経路にするコンバイナ、多重化された波長掃引放射をサンプル及び基準光路に分割するスプリッタ、サンプルからの反射と基準光路を横切る光との間の光学干渉によって生成される干渉信号を検出する光検出器、及び、サンプルのイメージを構成するために干渉信号を用いる信号処理システムを備え、Ｎ個の波長軌跡のうちの少なくとも１つは、波長反復率、波長掃引速度、位相変換及び波長調整範囲からなる群のうちの少なくとも１つのパラメータに関して、Ｎ個の波長軌跡のうちの他の１つとは異なる。
【００１１】
本発明のより具体的な実施形態においては、当該Ｎ個のＶＣＬは電気的にポンピングされる。本発明の別の具体的な実施形態においては、当該Ｎ個のＶＣＬは光学的にポンピングされる。本発明のまた別の具体的な実施形態においては、当該Ｎ個のＶＣＬは統合されたＶＣＬの光ポンプを有する。本発明の１つの実施形態においては、当該Ｎ個すべてのＶＣＬをポンピングするために単一の光ポンプが用いられる。
【００１２】
本発明の一実施形態においては、波長掃引放射を増幅するために単一の光増幅器が用いられる。本発明の一実施形態においては、それぞれのＶＣＬは、光増幅器にモノリシックに統合される。
【００１３】
本発明の一実施形態においては、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザは共通の基板にモノリシックに統合される。
【００１４】
本発明の一実施形態においては、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザの少なくとも１つは、電圧源により調整されるＭＥＭＳ可変ＶＣＬである。本発明のより具体的な実施形態においては、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザの全てが１つずつ電圧源により調整されるＭＥＭＳ可変ＶＣＬである。
【００１５】
本発明の一実施形態においては、当該Ｎ個のＶＣＬの可変出力のうちの厳密に１つが任意の時点でオンにされる。本発明のより具体的な実施形態においては、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが電気的にポンピングされ、且つ、当該Ｎ個のＶＣＬの出力のそれぞれが電気的なポンピングの駆動電流の制御によってオン及びオフにされる。
【００１６】
本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが異なる波長反復率で繰り返し掃引される。本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが異なる波長帯域幅にわたって掃引される。本発明の一実施形態において、狭い波長帯域幅にわたって掃引されるＶＣＬが長距離イメージングに用いられ、広い波長帯域幅にわたって掃引されるＶＣＬが短距離イメージングに用いられる。本発明の一実施形態において、低い反復周波数で動作するＶＣＬが長距離イメージングに用いられ、高い反復周波数で動作するＶＣＬが短距離イメージングに用いられる。
【００１７】
本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが第１の波長反復周波数を有する単一の調整波形によって駆動される。当該単一の調整波形のそれぞれが、当該単一の調整波形のうちの他の1つの位相変換された複製である。そして、多重化された波長掃引放射は、第１の波長反復周波数のＮ倍である第２の波長反復周波数を有する。
【００１８】
本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザは、第１のＶＣＬの出力を第１のＶＣＬの波長の範囲にわたって放射する第１のＶＣＬと、第２のＶＣＬの出力を第２のＶＣＬの波長の範囲にわたって放射する第２のＶＣＬとを含み、総波長範囲は第１と第２の波長の範囲の組合せである。
【００１９】
本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つはＭＥＭＳ構造の機械的共振で駆動される。本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つは真空環境において駆動される。本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザの全てが１つずつＭＥＭＳ構造の機械的共振において駆動される。本発明の一実施形態において、システムは、第１の機械的共振周波数を有する第１のＭＥＭＳ−ＶＣＬと、当該第１の機械的共振周波数とは実質的に異なる第２の機械的共振周波数を有する第２のＭＥＭＳ−ＶＣＬとをさらに備える。本発明の一実施形態において、当該Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが真空環境にある。本発明のより具体的な実施形態においては、当該真空環境は真空バタフライパッケージによって提供される。本発明のさらに具体的な実施形態においては、当該真空環境は真空トランジスタアウトラインパッケージによって提供される。
【００２０】
本発明の一実施形態において、電圧源の最大駆動電圧は１０Ｖ未満である。
【００２１】
本発明の一実施形態において、総波長範囲は約７５０ｎｍから９００ｎｍの範囲に含まれる。本発明の別の実施形態においては、総波長範囲は約９５０ｎｍから１１５０ｎｍの範囲に含まれる。本発明のさらに別の実施形態においては、総波長範囲は約１２００ｎｍから１６５０ｎｍの範囲に含まれる。本発明の別の実施形態においては、総波長範囲は約１７００ｎｍから２３００ｎｍの範囲に含まれる。
【００２２】
本発明の一実施形態において、サンプルはヒトの眼である。本発明の一実施形態において、イメージはヒトの前眼部の一部及び網膜の一部を含む。本発明の一実施形態において、当該サンプルはヒトの組織を含む。本発明の別の実施形態において、当該サンプルは動物の組織を含む。
【００２３】
本発明の本質及び長所は、明細書及び図面の残りの部分を参照することによってさらに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】波長可変レーザ又は広帯域可変レーザの波長調整を示す説明図である。
【図２】波長可変レーザの応用例を示すブロック図の集合である。
【図３】レーザアレイの説明図である。
【図４】電気的にポンピングされるＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイの説明図である。
【図５】光学的にポンピングされるＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイの説明図である。
【図６】ＯＣＴイメージングシステムにおいて用いられる電気的にポンピングされるＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイの説明図である。
【図７】ＯＣＴイメージングシステムにおいて用いられる光学的にポンピングされるＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイの説明図である。
【図８】高い反復率及びデューティサイクルを実現するための複数ＶＣＬのインタリービングを説明する図の集合である。
【図９】多重化された出力の波長を実現するための複数ＶＣＬのインタリービングを説明する図の集合である。
【図１０】異なる掃引反復率を実現するための複数ＶＣＬのインタリービングを説明する図の集合である。
【図１１】異なる掃引範囲の選択を実現するための複数ＶＣＬのインタリービングを説明する図の集合である。
【図１２】ＯＣＴイメージングシステムを用いて高速且つ狭い範囲のイメージングを実行する掃引により広い範囲の関心領域（ＲＯＩ）で対象を追跡する検索性能を実現するための複数の掃引のインタリービングを説明する図の集合である。
【図１３】レーザアレイを用いる並列ポイントイメージングの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の本質に従った例示的な実施形態の記載は、添付した図面との関連において理解されることが意図され、記載の全体の一部をなすことが考慮されるべきである。ここで開示される発明の実施形態の記載においては、すべての方向又は向きへの参照は記載の便宜のために意図されているに過ぎず、本発明の範囲を制限するいかなる方法としても意図されていない。「下の」、「上の」、「水平な」、「垂直な」、「以上」、「以下」、「上」、「下」、「上部」、「下部」などの相対語は、その派生語と同様に（例えば、「水平に」、「下方に」、「上方に」など）、そのときに記述され又は検討中に示された方向を参照するものと解釈されるべきである。これらの相対語は記述の便宜のためにのみあり、そのように明示されない限り、装置が特定の方向で生産され又は動作されることを要求するものではない。「取り付けられた」、「固定された」、「接続された」、「結合した」、「相互に接続された」などの用語及び類似の用語は、可動な又は固定された付属物又は関係の両方と同様に、明示的に記載されていない限り、構造が直接に又は介在構造を通して間接にお互いに固定され又は取り付けられる関係に言及している。さらに、本発明の特徴及び利点は例示された実施形態への参照によって示される。したがって、本発明は、単独で又は他の特徴の組合せで存在するかもしれないいくつかの可能な非限定的な特徴の組合せを示す前述の代表的な実施形態に明示的に限定されるべきではない。本発明の範囲はここに添付されている請求の範囲によって定義される。
【００２６】
この開示は、ベストモード又は現時点で考えられる発明の実施のモードを記述する。本記述は限定的な意味に理解されることを意図せず、当業者に本発明の利点と構成を助言するために添付の図面に言及することによって単に例示として本発明の例を提供する。様々な図面の見え方において、類似の参照符号は類似の又は同様の部分を指す。
【００２７】
図６は、ＯＣＴイメージングシステムの波長掃引光源の文脈における本発明の好適な実施形態の概略を示す。Ｎ個の電流源１０５によって駆動されるＮ個の電気的にポンピングされる可変ＶＣＳＥＬ１００からなるアレイである。一連のＶＣＬはＮ個の出力１１５を放出し、それらの出力は単一の光ファイバ１１０に結合される。ファイバ１１０における結合された出力１１５は、単一の光増幅器１２０によって増幅され、それは好ましくは半導体光増幅器であるが、ファイバ増幅器などの任意の光増幅器でもよい。理想的には、非特許文献３及び非特許文献４に記載されているように、当該ＶＣＬはウェハスケールで製造され、且つ、ガリウムヒ素の基板上の１０５０ｎｍの複数のＶＣＬ又はガリウムヒ素の基板上のウェハ接合された１３１０ｎｍの複数のＶＣＬなどの共通の基板の上にモノリシックに統合される。こられのすべてのＶＣＬは本質的に同一のデバイスであるか、又は、実質的に異なる波長、出力強度、コヒーレンス長、調整範囲、強度雑音、波長ジッタ、偏光状態又はレーザデバイスに共通に伴う特性である多数の他のパラメータを含むがそれに限定されない、広い設計領域から得られる異なるデバイスの集合であってもよい。複数のＶＣＬは別々のウェハから切り出され、単一のサブキャリア上に取り付けられてもよく、又は個別にパッケージ化されたＶＣＬでもよい。一連のＶＣＬの組合せは、スペクトル分析、介入的医学、非侵襲性イメージングのような多数の応用を発見するであろう、適応性の高いＶＣＬシステムを作り出す。これらの３つの例示的な市場を大きく超えて、多数の応用が存在するが、非侵襲性イメージングの市場が１つの模範的な応用として用いられるであろう。
【００２８】
ＯＣＴイメージングの応用のため、増幅出力１３０が基準光路１４０及びサンプル１５０に分割される。サンプルからの反射光及び基準光路を横切る光は単一の光路１６０に組み合わされ、光検出器１７０に衝突する。検出器１７０は干渉信号１８０を生成するが、それはサンプル１５０の深度プロファイルを作成するために信号処理システム１９０によって処理される。図６に示された基準光路は１のミラーの後方反射を含むが、その基準光路は単純な光学遅延として実装されることもできる。図６のシステムは、サンプル１５０の２次元及び３次元画像を生成するためのｘ−ｙスキャンのような多数の他の要素を含んでいてもよい。好適な実施形態においては、アレイ１００を構成するＶＣＬのそれぞれは、電圧駆動によるＭＥＭＳ可変ＶＣＬであるが、別の実施形態においては、ＶＣＬはピエゾにより、又は、液晶のようなキャビティ内の反射率調整要素、より一般的には任意の光学的、電気光学的若しくは電気光学機械的デバイスにより調整され得る。さらに、ある応用にとっては、１又は複数のＶＣＳＥＬを１又は複数の非ＶＣＳＥＬ源に組み合わせることが有利であろう。外部のキャビティ半導体掃引レーザ源、可変ファイバレーザ及び固定波長源は、ＶＣＬ及び非ＶＣＬのいずれでもあり得る。図６の好適な実施形態は、１又は複数のＶＣＬ出力がそれぞれ別個に光増幅器を有する別の実施形態、又は、光ファイバが空き領域の光路で置き替えられた別の実施形態に置き換えられ得る。さらに、ある応用は、いくつかの任意のＶＣＬの部分集合が残りのＶＣＬから多少離れて用いられるように方向付けられるために、１又は複数の光ファイバに維持されている１又は複数のＶＣＬからの恩恵を受け得る。
【００２９】
図７は、単一の主要な光ポンプ２００を用いる、光学的にポンピングされる複数のＶＣＬを利用するＯＣＴの文脈における別の実施形態を示す。他の実施形態は、非特許文献５に述べられているように、統合されたＶＣＬの光ポンプのような別個の光ポンプを個々のＶＣＬに用い得る。
【００３０】
図６及び図７のＶＣＬアレイは、より高速な、より高い解像度の、又はより柔軟なＳＳ−ＯＣＴを可能にするために、多重化された波長掃引放射を共通の光ファイバ１１０に生成する様々な方法において利用され得る。例えば、それぞれのＶＣＬは、イメージングに用いられる波長軌跡の望ましい一部分のみによりオーバードライブされ得る。ＶＣＬの帯域にわたってスキャンするために必要とされるよりもはるかに広い、空きスペクトルの範囲を有する掃引ＶＣＬ内において可変フィルタを用いることは、数％からほぼ１００％までの様々なデューティファクタ（システムの総時間に対する掃引レーザの調整時間）を達成することを可能にする。図６に示されるように構成された一連のＶＣＬを用いることは、より長い総時間内において一連の個々のＶＣＬのスキャンを互いにつなぎ合わせることを可能にする。このようなシステムは、図６の一連のＶＣＬのうちの１つ、２つ以上又はすべての使用を提供するであろう。
【００３１】
これは、非特許文献２で述べられているように、２つ以上のＶＣＬキャビティの空きスペクトルの範囲を包含するとても大きな偏光が低電圧で達成され得る真空において特に有利である。このような動作では、当該ＶＣＬは波長掃引の有益な部分の間でのみオンにされ、波長掃引の望ましくない部分の間はオフにされる。好適な実施形態において、当該ＶＣＬは駆動電流１０５の制御によってオン及びオフにされる電気的にポンピングされるＶＣＬである。図８に２つの電気的にポンピングされるＶＣＬからなるアレイの場合に適する典型的な駆動波形の代表例が示される。第１のＶＣＬ１の波形は実線で、第２のＶＣＬ２に関する波形は破線で示される。図８Ｂに示されるように、それぞれのＶＣＬは実質的に同一であるが、位相変換された波形によってオーバードライブされる。図８Ｃに示される、共通の光ファイバ１１０における多重化された出力は、単一のＶＣＬの２倍の反復期間で、ほぼ１００％のデューティサイクルである、両方のＶＣＬからの波長掃引を含む。個々のＶＣＬ１及びＶＣＬ２は、図８Ａに示される駆動電流の波形によって、適切な時間にオン及びオフにされる。例えば、ＶＣＬの調整部分のＦＳＲが実質的にＶＣＬの調整範囲より広いならば、図８Ａに示されるオン及びオフは必要とされないことなど、図８Ｃに示される結果を実質的に達成するための無数の方法があることが理解されるべきである。そのため、我々の意図は、ＶＣＬからなるアレイには多数の動作モードがあることの理解とともに、その有用性を強調するためのＶＣＬからなるアレイの一般的な動作を記述することにある。
【００３２】
図８の例は、ＶＣＬ出力１１５のそれぞれが、本質的に同一の波長の範囲にわたってスキャンされる場合を説明する。図９は、図９Ｃに示すように、第１の波長の範囲３００にわたって放出する第１の電気的にポンピングされるＶＣＬ及び第２の波長の範囲３１０にわたって放出する第２の電気的にポンピングされるＶＣＬを利用する別の好適な実施形態の波形を示す。それぞれのＶＣＬは図９Ｂにおける調整波形によって示されるような波長の範囲にわたって双方向に調整される。それぞれのＶＣＳＥＬもまた図９Ａに示されるように駆動電流の波形によってオン及びオフにされる。最終的な結果は、図９Ｃに示されるように、ＶＣＬ１の第１の波長の範囲とＶＣＬ２の第２の波長の範囲との組合せであるファイバ１１０における多重化された出力における波長の範囲である。本明細書のすべての例と同様に、レーザからなるアレイは、電気的にポンピングされるＶＣＬ、光学的にポンピングされるＶＣＬ、又は、非ＶＣＬの波長掃引光源若しくは固定レーザ源の任意の組合せであり得る。ここで、レーザからなるアレイの出力は、空き領域若しくは光ファイバにおいて別々に維持されるか、又は、より大きなシステム又は応用におけるそれ以降の使用のためにアレイに含まれる１若しくは複数の他のレーザと組み合わされる。
【００３３】
図１０は、第１と第２のＶＣＬが同一の波長の範囲にわたって駆動される別の好適な実施形態を示すが、２つの波長反復率で、短距離で高速なイメージング及び長距離で低速なイメージングをそれぞれ可能とする。第１のイメージを取得するための期間中、ＶＣＬ１のみがオンにされ、そして、第２のイメージを取得するための特定の期間中、ＶＣＬ２のみがオンにされる。代わりに、両方のＶＣＬによって生成された干渉信号が重ならない周波数帯に収まれば、２つのＶＣＬは同時にオンにされ、２つの信号は電子的に畳み込みを解かれ得る。理想的な実施形態においては、ＶＣＬ１及びＶＣＬ２の両方が異なる機械的共振を有し、それぞれがバタフライパッケージなどの真空気密パッケージによって提供される真空環境内で駆動される。代わりに、ＶＣＬ１及びＶＣＬ２は同時にオンにされるが、ダイクロイック又は波長選択的ビームスプリッタなどの光学素子が所定の応用のための適切な点において信号を分離することを可能にするため十分に離れていて重ならない波長スキャン範囲を有している。また別の代替は、時間及び波長調整範囲の両方で重なる２つのＶＣＬを用いるが、偏光ビームスプリッタがその２つのＶＣＬ源を分離するために用いられるように異なる偏光を有するであろう。ここで当業者は間違いなく理解できるであろうが、ＶＣＬからなるアレイは従来のレーザシステムを超える大きな利点を提供する多数の応用で利用され得る高度に適応的なレーザシステムとして振る舞う。
【００３４】
図１１は、また、短距離で高い解像度のイメージング及び長距離で低い解像度のイメージングを可能とするために、第１のＶＣＬが広い調整範囲にわたって駆動され、第２のＶＣＬが狭い調整範囲にわたって駆動される別の好適な実施形態を示す。図１０及び１１の手法はそれぞれのＶＣＬを異なる波長帯にわたるだけでなく、異なる波長反復周波数においても動作させるために組み合わされ得る。各時間において１つのイメージングモードを可能とするため、１つのＶＣＳＥＬだけが、特定の時間にオンになる。
【００３５】
図１２は、動くサンプルの３次元画像を捉えるために構成されたシステムの別の好適な実施形態を示す。ＶＣＬ１は長いイメージング範囲をサポートするサンプル間隔の調整範囲にわたって駆動される。このＶＣＬ１は、関心領域（ＲＯＩ）の位置を特定するために用いられ、そのサンプルの動きに関して周期的な更新を提供する。いくつかの応用には、位置データを取得するため、単一のＡスキャンが用いられる。ＶＣＬ２は、その後、そのサンプルからイメージングデータを取得するために用いられる。ＶＣＬ２からのイメージングスキャン数に対するＶＣＬ１からの位置スキャン数の比率は、その応用に適切であるように調整され得る。低速で動くサンプルのために、ＶＣＬ１は、イメージングレーザであるＶＣＬ２によってなされる極めて多数のスキャンの間において、そのサンプルの位置を特定するために用いられ得る。位置スキャンに対するイメージングスキャンの比率は示されているものよりも典型的に有意に大きい数であるが、図１２では、大幅に単純化されている。さらに、より一般的な場合には、サンプルの動きをより完全に把握するために、Ｍ個の位置レーザ及びＮ個のイメージングレーザが存在し得る。より大きなイメージングシステムは、その結果、Ｍ個の位置レーザによって報告されるサンプルの動きを補償するための方法を有するであろう。サンプルがゆっくりと動いていると仮定すると、イメージング時間は実質的に位置付け時間よりも長くなり得るため、１つの位置レーザは１より大きい次元の動きのデータを提供するために、サンプルの周りを移動させられ得る。システムの精密な構成は応用に大きく依存するが、この発明の長所は、多数の異なる環境及びイメージングのシナリオに適合させられることである。ＯＣＴイメージングのための１つの実施形態においては、基準アームの長さはＲＯＩの知見から得られる測定結果、すなわち、長距離イメージングの掃引ＯＣＴ情報に基づいて調節され得る。
【００３６】
図１３は、複数ビームの光コヒーレンストモグラフィのための本発明の別の好適な実施形態を記述し、そこでは、複数の空間的な位置が同時に描写される。ここで、個々のＶＣＬの出力は光学系によりサンプル上の異なる物理的位置に向けられる。眼をイメージングする場合、もしそれぞれのＶＣＬが約９８０から１１２０ｎｍの範囲内で動作させられ、ファイバ結合した約１５ｍＷの出力強度の放出をするならば、イメージングは、好ましくはそれぞれのＶＣＬの光学的な増幅なしに行われる。しかしながら、別個の光増幅器も用いられ得る。好適な実施形態は電気的にポンピングされる複数のＶＣＬも用いる。代わりの実施形態においては、それぞれのＶＣＬは光学的に増幅され、且つ／又は、光学的にポンピングされる。非特許文献６に述べられているように、増幅は統合された光増幅器によって提供され、それぞれのＶＣＬとともにモノリシックに統合され得る。１３１０ｎｍ付近における動作及び高度に散在する組織のイメージングのためには、おそらくそれぞれのＶＣＬの光学的な増幅が必要である。統合された光学的ポンピングはすでに非特許文献５においてなされているように達成され得る。
【００３７】
図８乃至１２に示された例は２つのＶＣＬを提示するが、これは単に説明のためであり、示された概念はＮ個のＶＣＬ、又はＮ個の非ＶＣＬ、又はＶＣＬデバイスと非ＶＣＬデバイスとの任意の組合せに展開され得る。さらに、この明細書及び後続の請求の範囲を通して、文脈に応じて、ＶＣＬ出力という用語は増幅された出力、又は、増幅されない出力に言及するために用いられる。例えば、統合された増幅器を有するＶＣＬのＶＣＬ出力は、増幅されたＶＣＬ出力に言及している。図８乃至１２に示された例はＯＣＴイメージングの文脈において説明されるものの、本質的な掃引のインタリービングの概念は他の可変レーザの応用にも有利であり、同様に適用される。例えば、スペクトル分析の応用においては、長いが粗くスキャンされたサンプルは、長い時間間隔と高速に更新される波長の広い範囲にわたる全体のスペクトル反応及び特定の注目する波長にわたる短い時間間隔のスペクトル反応の両方を監視するために高速で短いスキャンによりインタリービングされ得る。スペクトル分析に応じて広げられた波長掃引を達成するため、異なるスキャン波長を有する２つ以上のレーザをインタリービングすることも可能である。
【００３８】
いくつかの応用においては、レーザアレイ中で掃引及び非掃引レーザ源を組み合わせることが望ましいことがある。例えば、掃引レーザ源によってその後調査されるサンプルを準備する固定波長プローブビームを使用することが可能である。
【００３９】
サンプルの複屈折性の特性を特徴付けるため、異なる偏光状態を有する光でサンプルを調べることは、有利になり得る。レーザアレイ中の複数のレーザは異なる偏光状態を光ファイバ又は空き領域の光学系に出力し得る。異なるレーザの出力をそれらの間で切り替えることは、放出の偏光状態を変更する。異なる偏光状態を付与する能力は、例えば、偏光ＯＣＴにとって有益になり得る。光センサ、メモリ、記憶装置、ホログラフィック装置、液晶装置、そして、品質管理に用いられる特性の特徴付け／検査装置などは、偏光を用い、レーザアレイによって可能とされる高速な偏光の切替えの恩恵を受け得る。データ送信もまた暗号化又は掃引若しくは可変波長源を用いる改善されたスループットを伴う通信のために偏光状態を用いて符号化され若しくは圧縮される。呼気分析においては、呼吸サイクルのどこで、他のデータがレーザアレイの他のレーザから得られたのかを監視するため、１又は複数のレーザが用いられるであろう。ここに記載された、動きを追跡する応用と同様に、複数のスペクトル分析の測定を並行して行いつつ、より長い期間の呼吸サイクルを記録するために追跡するレーザを用いることは、現在の測定システムに固有のサンプリング誤差を低減する。
【００４０】
本発明は、特に好適な、そしてその代わりの実施形態を参照して示され、記述されてきたが、当業者によって、付属する請求の範囲によって定義されるように本発明の本質及び範囲から逸脱しない限り、ここにおいて態様及び詳細において様々な変更がされ得る。さらに、本発明は複数の記載された実施形態との関係で、ある長さ及びある特定の詳細な事項とともに記載されているが、そのようないかなる具体例若しくは実施形態又は具体的な実施形態にも限定されることは意図されておらず、しかし、先行技術の観点から、そして、それゆえに、発明の意図された範囲を効果的に含めるため、そのような請求の範囲のもっとも広範な可能な解釈を提供するように付属する請求の範囲を参照して解釈されるべきである。その上、前述の事項は、有効な記載が可能であった発明者によって予見された実施形態の面から、実質的でない発明の変形がされても、現時点において予見されなくとも、それに均等であることを表す。
【００４１】
図１は、可変レーザ又は広帯域可変レーザの波長の調整を説明する図である。
図２は、（ａ）サンプルの特徴付けを行う光学系とともに用いられる可変レーザと、（ｂ）サンプルに変更を加える光学系とともに用いられる可変レーザと、（ｃ）サンプルに影響を与える光学系とともに用いられる可変レーザと、（ｄ）センサへの光源として用いられる可変レーザと、（ｅ）データ送信又は通信のための光リンク及び受信器とともに用いられる可変レーザと、を含む可変レーザの応用例を説明する図である。
図３は、Ｎ個のレーザを備える光学系への入力を形成するレーザアレイを説明する図である。
図４は、電気的にポンピングされるＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイを説明する図であり、それぞれのＶＣＬは、利得領域及び調整電圧をポンピングするための駆動電圧を備える。
図５は、光学的にポンピングされるＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイを説明する図であり、主要な光ポンプが複数のＶＣＬを光学的にポンピングするために用いられる。
図６は、ＯＣＴイメージングシステムで用いられる電気的にポンピングされる複数のＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイを説明する図であり、それぞれのＶＣＬは、利得領域及び調整電圧をポンピングするための駆動電圧を備える。
図７は、ＯＣＴイメージングシステムで用いられる光学的にポンピングされる複数のＭＥＭＳ−ＶＣＬからなるアレイを説明する図であり、それぞれのＶＣＬは、利得領域及び調整電圧のポンプからの入力を備える。
図８は、高い反復率及びデューティサイクルを得るための複数のＶＣＬのインタリービングを説明する図である。
図９は、多重化された出力の波長を得るための複数のＶＣＬのインタリービングを説明する図である。
図１０は、異なる掃引反復率を得るための複数のＶＣＬのインタリービングを説明する図である。
図１１は、掃引範囲の異なる選択を得るための複数のＶＣＬのインタリービングを説明する図である。
図１２は、ＯＣＴイメージングシステムを用いて高速且つ短距離のイメージングを行うための掃引で、対象の追跡の探索可能性を長距離の関心領域（ＲＯＩ）で達成するための複数掃引のインタリービングを説明する図である。
図１３は、レーザアレイを用いた並列ポイントイメージングを説明する図である。
［付記］
［付記１］
Ｎ個（Ｎは１より大きい）の波長軌跡を有するＮ個の可変ＶＣＬ出力（１１５）を放出するＮ個の波長掃引垂直キャビティレーザ（ＶＣＬ）（１００）を備え、総波長範囲にわたって多重化された波長掃引放射を放出する、光源と、
前記多重化された波長掃引放射を生成するために前記Ｎ個の可変ＶＣＬ出力を組み合わせて１つの共通の光路にするコンバイナ（１１０）と、
前記多重化された波長掃引放射をサンプル（１５０）及び基準光路（１４０）に分割するスプリッタと、
前記サンプルからの反射と前記基準光路を横切る光との間の光学的干渉によって生成された干渉信号を検出する光検出器（１７０）と、
前記サンプルのイメージを構成するために前記干渉信号を用いる信号処理システム（１９０）と、を備え、
前記Ｎ個の波長軌跡のうちの少なくとも１つが、波長反復率、波長掃引速度、位相変換及び波長調整範囲からなる群のうちの少なくとも１つのパラメータに関して、前記Ｎ個の波長軌跡のうちの他の１つと実質的に異なる、
波長掃引光源（ｓｗｅｐｔ  ｓｏｕｒｃｅ）光コヒーレンストモグラフィのためのシステム。
［付記２］
前記Ｎ個のＶＣＬのそれぞれが電気的にポンピングされる、
付記１に記載のシステム。
［付記３］
前記Ｎ個のＶＣＬのそれぞれが光学的にポンピングされる、
付記１に記載のシステム。
［付記４］
前記Ｎ個のＶＣＬのそれぞれが統合されたＶＣＬの光ポンプを有する、
付記１に記載のシステム。
［付記５］
単一の光ポンプが前記Ｎ個のＶＣＬをすべてポンピングするために用いられる、
付記３に記載のシステム。
［付記６］
単一の光増幅器が前記波長掃引放射を増幅するために用いられる、
付記１に記載のシステム。
［付記７］
それぞれのＶＣＬが光増幅器にモノリシックに統合される、
付記１に記載のシステム。
［付記８］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのすべてが共通の基板にモノリシックに統合される、
付記１に記載のシステム。
［付記９］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つが電圧源により調整される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）可変ＶＣＬである、
付記１に記載のシステム。
［付記１０］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの全てが１つずつ電圧源により調整されるＭＥＭＳ可変ＶＣＬである、
付記１に記載のシステム。
［付記１１］
前記Ｎ個のＶＣＬの可変出力のうちの厳密に１つが任意の時点でオンにされる、
付記１に記載のシステム。
［付記１２］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが電気的にポンピングされ、且つ、前記Ｎ個のＶＣＬ出力のそれぞれが電気的なポンプの駆動電流の制御によってオン及びオフにされる、
付記１１に記載のシステム。
［付記１３］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが異なる波長反復率で繰り返し掃引される、
付記１に記載のシステム。
［付記１４］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが異なる波長帯域幅にわたって掃引される、
付記１に記載のシステム。
［付記１５］
狭い波長帯域幅にわたって掃引されるＶＣＬは長距離のイメージングに用いられ、且つ、広い波長帯域幅にわたって掃引されるＶＣＬは短距離のイメージングに用いられる、
付記１４に記載のシステム。
［付記１６］
低い波長反復周波数のＶＣＬは長距離のイメージングに用いられ、且つ、高い波長反復周波数のＶＣＬは短距離のイメージングに用いられる、
付記１３に記載のシステム。
［付記１７］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが第１の波長反復周波数を有する単一の調整波形によって駆動され、当該単一の調整波形のそれぞれが当該単一の調整波形のうちの他の１つの位相変換された複製であり、且つ、前記多重化された波長掃引放射が前記第１の波長反復周波数のＮ倍である第２の波長反復周波数を有する、
付記１に記載のシステム。
［付記１８］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザは、
第１のＶＣＬの波長調整範囲にわたって第１のＶＣＬ出力を放出する第１のＶＣＬと、
第２のＶＣＬの波長調整範囲にわたって第２のＶＣＬ出力を放出する第１のＶＣＬと、を含み、
前記総波長範囲は前記第１のＶＣＬの波長調整範囲と前記第２のＶＣＬの波長調整範囲との組合せである、
付記１に記載のシステム。
［付記１９］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つがＭＥＭＳ構造の機械的共振で駆動される、
付記１０に記載のシステム。
［付記２０］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのうちの少なくとも１つが真空環境において駆動される、
付記１０に記載のシステム。
［付記２１］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれがＭＥＭＳ構造の機械的共振で駆動される、
付記１０に記載のシステム。
［付記２２］
第１の機械的共振周波数を有する第１のＭＥＭＳ−ＶＣＬと、前記第１の機械的共振周波数とは実質的に異なる第２の機械的共振周波数を有する第２のＭＥＭＳ−ＶＣＬと、をさらに備える、
付記１０に記載のシステム。
［付記２３］
前記Ｎ個の垂直キャビティレーザのそれぞれが真空環境にある、
付記１０に記載のシステム。
［付記２４］
前記真空環境が真空バタフライパッケージによって提供される、
付記２０に記載のシステム。
［付記２５］
前記真空環境が真空トランジスタアウトラインパッケージによって提供される、
付記２０に記載のシステム。
［付記２６］
前記電圧源の最大駆動電圧が１０Ｖ未満である、
付記２０に記載のシステム。
［付記２７］
前記総波長範囲が約７５０ｎｍから９００ｎｍの範囲に含まれる、
付記１に記載のシステム。
［付記２８］
前記総波長範囲が約９５０ｎｍから１１５０ｎｍの範囲に含まれる、
付記１に記載のシステム。
［付記２９］
前記総波長範囲が約１２００ｎｍから１６５０ｎｍの範囲に含まれる、
付記１に記載のシステム。
［付記３０］
前記総波長範囲が約１７００ｎｍから２３００ｎｍの範囲に含まれる、
付記１に記載のシステム。
［付記３１］
前記サンプルがヒトの眼である、
付記１に記載のシステム。
［付記３２］
前記イメージが前記ヒトの眼の前眼部の一部及び網膜の一部を含む、
付記３１に記載のシステム。
［付記３３］
前記サンプルがヒトの組織を含む、
付記１に記載のシステム。
［付記３４］
前記サンプルが動物の組織を含む、
付記１に記載のシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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