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Title:
METHOD FOR OPERATING A SURFACE-EMITTING SEMICONDUCTOR LASER WITH VARIABLE WAVE NUMBER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/166883
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a surface-emitting semiconductor laser (2) having an HCG mirror with variable wave number k. A trigger signal (17) is produced on the basis of a time-dependent control voltage U(t) or simultaneously with the control voltage in a time-controlled manner, the trigger signal comprising a plurality of successive trigger pulses and the wave number changing by a fixed value in a time interval between any two successive trigger pulses.

Inventors:
JUNG SEBASTIAN (DE)
PAPASTATHOPOULOS EVANGELOS (DE)
KNOKE STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/055740
Publication Date:
September 20, 2018
Filing Date:
March 08, 2018
Export Citation:
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Assignee:
JENOPTIK LASER GMBH (DE)
International Classes:
H01S5/183; G01B9/02
Domestic Patent References:
WO2016174857A12016-11-03
Foreign References:
US20140028997A12014-01-30
US20160285236A12016-09-29
EP2884224A12015-06-17
EP3020105A12016-05-18
US20070115553A12007-05-24
US20070153860A12007-07-05
US20100316079A12010-12-16
US20100316083A12010-12-16
Attorney, Agent or Firm:
WALDAUF, Alexander (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1 . Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle (1 ) mit einer veränderlichen Wellenzahl k für ein SSOCT Verfahren umfassend

a. Bereitstellen eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers (2), wobei der oberflächenemittierende Halbleiterlaser einen Resonator umfasst und eine im Resonator liegende Halbleiteroberfläche (10) aufweist, wobei der Resonator einen ersten Spiegel (3) und einen zweiten Spiegel (4) umfasst und der erste Spiegel als HCG (Hochkontrastgitter) ausgebildet ist und der erste Spiegel (3) in einem veränderlichen Abstand I zu der Halbleiteroberfläche (10) angeordnet ist, b. Erzeugen einer zeitlich veränderlichen Steuerspannung U(t),

c. Erzeugen eines Triggersignals (17) ausschließlich auf Basis der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U oder Erzeugen eines ausschließlich zeitgesteuerten Triggersignals (17) gleichzeitig mit der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U mittels eines Elektronikmoduls (14),

wobei das Triggersignal (17) mehrere Impulsfolgen (18, 19) umfasst und jede Impulsfolge mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Triggerimpulse (20) umfasst und sich die Wellenzahl k in einem Zeitintervall zwischen zwei beliebigen zeitlich aufeinanderfolgenden Triggerimpulsen (20) einer Impulsfolge um einen festen Wert ändert.

d. Anlegen der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U an den ersten Spiegel, so dass der Abstand I verändert wird und die Änderung des Abstandes I eine Änderung eine Änderung der Wellenzahl k bewirkt,

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Impulsfolge (18) erzeugt wird, während die Wellenzahl k kontinuierlich von einem ersten Wert ki der Wellenzahl zu einem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird und nachfolgend eine zweite Impulsfolge (19) erzeugt wird, während die Wellenzahl kontinuierlich von dem ersten Wert ki der Wellenzahl zu dem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Impulsfolge (18) erzeugt wird, während die Wellenzahl k kontinuierlich von einem ersten Wert ki der Wellenzahl zu einem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird und nachfolgend eine zweite Impulsfolge (19) erzeugt wird, während die Wellenzahl kontinuierlich von dem zweiten Wert k2 der Wellenzahl zu dem ersten Wert ki der Wellenzahl verändert wird

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (18) und die zweite Impulsfolge (19) jeweils einen ersten (21 ) und einen letzten Triggerimpuls (22) aufweisen und dass zwischen dem letzten Triggerimpuls der ersten Impulsfolge und dem ersten Triggerimpuls der zweiten Impulsfolge eine Zeitspanne vergeht, die größer ist, als die Zeitspanne zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Triggerimpulsen des ersten Triggersignals.

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenzahl eine Funktion f der Steuerspannung U ist und dass die Funktion f in einem Intervall [Umin .. Umax] eine inverse Funktion g besitzt und dass die Steuerspannung U in einem Zeitintervall, welches eine Impulsfolge (18) einschließt der Funktion g(k(t)) entspricht und die Steuerspannung U in diesem Zeitintervall gemäß der Funktion g(k(t)) gewählt wird.

Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerspannung derart erzeugt wird, dass eine Folge von Sollwerten der Steuerspannung in einer ersten Lookup Tabelle (23) in einem Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt sind und dass die Sollwerte der Steuerspannung zu Zeiten ti, t.2, tn fortlaufend abgerufen und mittels eines Digital-Analog-Wandlers (26) in die Steuerspannung umgesetzt werden.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folge von Sollwerten des Triggersignals in einer zweiten Lookup Tabelle (24) in einem zweiten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt sind und dass die Sollwerte des Triggersignals zu den Zeiten ti, t.2, tm fortlaufend abgerufen und die abgerufenen Werte als das Triggersignal ausgegeben werden.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folge von Spannungswerten in einer dritten Lookup Tabelle (25) in einem dritten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt sind und dass fortlaufend jeweils ein Triggerimpuls vom Elektronikmodul ausgegeben wird, wenn der Sollwert der Steuerspannung dem jeweils nächsten Tabellenwert der dritten Lookup-Tabelle entspricht. Lichtquelle (1 ) mit einer veränderlichen Wellenzahl k umfassend

a. einen oberflächenemittierenden Halbleiterlasers (2), wobei der oberflächenemittierende Halbleiterlaser einen Resonator umfasst, wobei der Resonator einen ersten Spiegel (3) und einen zweiten Spiegel (4) umfasst und der erste Spiegel als HCG (Hochkontrastgitter) ausgebildet ist und der erste Spiegel in einem veränderlichen Abstand I zu einer Halbleiteroberfläche (10) angeordnet ist und b. ein Elektronikmodul,

dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mit dem Verfahren nach Anspruch 1 betrieben werden kann.

Description:
Verfahren zum Betreiben eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit veränderlicher Wellenzahl

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit veränderlicher Wellenzahl k.

Der Auswertungs- und Bildgenerierungsalgorithmus in der Optischen Kohärenztomografie (OCT) basierend auf Frequenzraum (Frequency Domain)- OCT erfordert unter anderem die Anwendung von Fouriertransformationen auf das gewonnene Signal. Ein Spezialfall des Verfah- rens stellt das Swept Source OCT (SSOCT) dar, bei dem die notwendige Erfassung des Spektrums sequentiell erfolgt und zu diesem Zweck eine hochfrequent durchstimmbare Laserquelle („Swept Source") zum Einsatz kommt. Im Deutschen könnte man eine Swept Source als optischen Wobbeigenerator bezeichnen. Dabei kann es sich um einen durchstimmbaren Laser oder eine durchstimmbare LED handeln. Für die erforderliche Weiterverarbeitung und die Fourier- Transformation der Daten beim SSOCT Verfahren ist es erforderlich, dass das Spektrum mit äquidistanten Stützstellen bezüglich der Wellenzahl bzw. der Frequenz des Lichts vorliegt.

Die Dynamik von Swept Sources folgt allerdings in der Regel einer nichtlinearen Funktion, ein mit fest vorgegebener Sampling-Rate aufgezeichnetes Signal erfüllt daher nicht die oben aufgestellten Anforderungen. Die Swept Source generiert aus diesem Grund neben dem durchstimm- baren Licht-Ausgangssignal immer auch ein sogenanntes k-Clock Signal und gibt dieses aus. Das k-Clock Signal ist ein Triggersignal, welches während der Durchstimmung des Lasers (sogenannter Sweep) das Verstimmen des Lasers um jeweils eine bestimmte Änderung der Wellenzahl k anzeigt.

Das SSOCT-System kann nun dieses Signal als Triggersignal für die Datenerfassung nutzen, um auf diese Weise unmittelbar ein Spektrum mit äquidistante Stützstellen im k-Raum aufzunehmen. Alternativ kann bei einer Datenerfassung mit fester Sampling-Rate das k-Clock Signal genutzt werden, um das zeitäquidistant aufgenommene Signal durch Interpolation auf eine fre- quenzäquidistante Basis umzurechnen.

Stand der Technik

Das notwendige k-clock-Signal wird in gängigen OCT-Systemen optisch generiert. Hierzu wird ein Teil der erzeugten Laserleistung durch ein Frequenzfilter-Element geleitet und die transmittierte oder reflektierte Leistung gemessen. Als Filterelemente kommen z.B. ein Etalon als Fabry-Perot-Filter oder ein Interferometer - z.B. in Mach-Zehnder-Anordnung - zum Einsatz. Während des Frequenz-Sweeps resultiert die sich verändernde Wellenlänge des Lasers in einem periodischen Leistungssignal am Ausgang des Filter-Elements. Die Periodizität kann dabei durch die Parameter des Filterelements auf die Anforderungen der Applikation angepasst werden, z.B. über den Wegstreckenunterschied z der beiden Interferometerarme.

EP2884224A1 beschreiben jeweils ein SSOCT mit interferometrisch erzeugtem Taktsignal. EP 3020105A1 empfiehlt, ein interferometrisches Taktsignal von der Rückseite des Lasers abzuleiten. Die oben genannten Herangehensweise zur Generierung des k-Clock-Signals erfordert präzise ausgeführte Optiken sowie eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Leistung am Ausgang des spektralen Filterelements. Die Baugruppe beinhaltet dadurch einen signifikanten Anteil an den Herstellkosten des Swept-Source Lasers. Darüber hinaus wird die k-clock Charakteristik durch die Ausführung der Optik fest vorgenommen. Eine Änderung der Anzahl von

Triggerimpulsen je Wellenzahlintervall ist somit nicht ohne weiteres möglich. Weitergehend wird für die Generierung des k-clock Signals immer ein Anteil der Ausgangsleistung des Swept- Source Lasers aufgebraucht und somit die nutzbare Ausgangsleistung reduziert.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle für das SSOCT Verfahren, bei der auf einfache Weise ein Triggersignal generiert wird.

Lösung der Aufgabe:

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteile der Erfindung

Vorteilhaft ist eine deutliche Reduzierung des Herstellaufwandes und der Kosten im Vergleich zu Anordnungen, die auf das optische Generieren eines Triggersignals angewiesen sind. Außerdem besteht die Möglichkeit für ein parametrisierbares Triggersignal beispielsweise per Software, z.B. für eine vorwählbare, auf die Anforderungen der jeweiligen Applikation einfach anpassbaren Anzahl von Triggerimpulsen je Wellenlängenintervall. Beschreibung

Das SSOCT- Verfahren erfordert eine schmalbandige Lichtquelle, welche Licht mit einer hohen Kohärenzlänge emittiert. Das Licht einer bestimmten Wellenlänge λ weist eine Wellenzahl k auf, die dem Kehrwert der Wellenlänge entspricht. Die Wellenzahl k muss über einen bestimmten Wellenzahlbereich ki ... k2 veränderlich sein. Aus der Vielzahl verfügbarer Lichtquellen wird erfindungsgemäß ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser ausgewählt. Ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser wird auch als VCSEL (englisch vertical-cavity surface-emitting laser) bezeichnet. Ein solcher Laser ist wegen der hohen Kohärenzlänge von einigen 10 cm oder mehr besonders geeignet. Vorteilhaft kann ein Ein-Moden-Betrieb sein. Erfindungsgemäß wird ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser (VCSEL) bereitgestellt. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser umfasst einen Resonator. Der Resonator umfasst einen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel. Der Resonator kann durch den ersten und den zweiten Spiegel begrenzt sein. Der erste und der zweite Spiegel können parallel zueinander angeordnet sein. Der erste Spiegel und der zweite Spiegel weisen einen Abstand voneinander auf. Der VCSEL kann eine Laserstrahlung in einer Richtung z emittieren, die senkrecht zum ersten Spiegel sein kann.

Bekannte durchstimmbare VCSEL nutzen einen sogenannten MEMS-Spiegel (englisch microoptomechanical System) als einen der beiden Endspiegel der Laserkavität. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann die Position dieses Spiegels beeinflusst und somit die Gesamtlänge der Laserkavität verändert werden. Ein solcher MEMS-Spiegel besteht typischer- weise aus einem beweglich gelagerten DBR Spiegel (englisch disributed bragg reflector). Wegen der hohen Masse eines aus mehreren Schichten aufgebauten bekannten DBR-Spiegels sind relativ hohe Stellkräfte erforderlich, um die Resonatorlänge durchzustimmen. Die Reproduzierbarkeit der Wellenzahleinstellung ist daher insbesondere bei schneller Verstellung bzw. bei hohen Durchstimmfrequenzen so schlecht, dass ein optisch generiertes Triggersignal erforder- lieh ist. Erfindungsgemäß hingegen ist der erste Spiegel als HCG (Hochkontrastgitter) ausgebildet. Ein HCG Spiegel kann eine ca. 200 Mal geringere Masse aufweisen im Vergleich zu einem DBR-Spiegel. Dadurch kann die Einstellgenauigkeit deutlich verbessert sein. Hochkontrastgitter werden auch als Subwellenlängengitter (sub wavelength grating) bezeichnet. HCG sind beispielsweise aus US200701 15553A1 bekannt, deren Verwendung für VCSEL aus

US20070153860A1 , US20100316079A1 und US20100316083A1 .

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Lichtquelle mit einer veränderlichen Wellenzahl k für ein SSOCT Verfahren umfasst das Bereitstellen eines oberflächenemittieren- den Halbleiterlasers (VCSEL). Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser umfasst einen Resonator und weist eine im Resonator liegende Halbleiteroberfläche auf. Eine solche im Resonator liegende Halbleiteroberfläche kann beispielsweise durch Unterätzen des unten beschriebenen ersten Spiegels hergestellt werden. Die Halbleiteroberfläche kann parallel zum ersten Spie- gel sein. Der VCSEL kann ein Substrat aufweisen. Der VCSEL kann eine Halbleiterstruktur aufweisen. Die Halbleiterstruktur kann wenigstens einen p-n-Übergang und wenigstens einen Quantengraben aufweisen. Die Halbleiterstruktur kann dafür vorgesehen sein, eine optische Verstärkung zu bewirken, die zum Laserbetrieb erforderlich ist. Die Halbleiteroberfläche kann auf einer Oberseite der Halbleiterstruktur angeordnet sein. Der Resonator umfasst einen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel. Der erste Spiegel ist als HCG (Hochkontrastgitter) ausgebildet. Der erste Spiegel ist in einem veränderlichen Abstand I zu der Halbleiteroberfläche angeordnet. Der erste Spiegel kann also mit einem Parallelspalt der Dicke I zur Halbleiteroberfläche angeordnet sein. Der Spalt kann bevorzugt mit einem gasförmigen Medium gefüllt sein. Ebenfalls vorteilhaft kann der Spalt auch ohne Medium, d.h. unter Vakuum betrieben werden. Der Brechungsindex des Spaltes kann den Wert 1 aufweisen. Der Abstand I kann kleiner als 5μηι sein. Der erste Spiegel kann mit einem Federelement verbunden sein. Das Federelement kann aus dem gleichen Material bestehen wie der erste Spiegel. Der erste Spiegel kann einen ersten elektrischen Kontakt aufweisen. Der erste Spiegel kann eine erste Elektrode darstellen. Der VCSEL kann eine zweite Elektrode mit einem zweiten elektrischen Kontakt aufweisen. Die zweite Elektrode kann vorteilhaft auf der Halbleiterstruktur angeordnet sein. Durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode kann der Abstand I verringert werden. Der zweite Kontakt kann eine Apertur aufweisen, durch die das Laserlicht hindurchtreten kann. Die zweite Elektrode kann aber auch in einem Abstand zur Halbleiterstruktur angeordnet sein, der größer ist als der Abstand I. Durch Anlegen einer Steuerspannung zwi- sehen der ersten und der zweiten Elektrode kann in diesem Fall der Abstand I vergrößert werden.

Erfindungsgemäß wird eine zeitlich veränderliche Steuerspannung U(t) erzeugt.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Triggersignal mittels eines Elektronikmoduls erzeugt.

Das Triggersignal kann ausschließlich auf Basis der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U erzeugt werden. Alternativ kann das Erzeugen eines ausschließlich zeitgesteuerten Triggersignals vorgesehen werden, wobei das Triggersignal gleichzeitig mit der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U erzeugt wird.

Das Triggersignal umfasst mehrere Impulsfolgen. Jede Impulsfolge umfasst mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Triggerimpulse. In einem Zeitintervall zwischen zwei beliebigen zeitlich aufeinanderfolgenden Triggerimpulsen einer Impulsfolge ändert sich die Wellenzahl k um einen festen Wert. Die Änderung kann man mit Ak bezeichnen. Die Triggerimpulse können, müssen aber nicht, zeitlich äquidistant sein.

Die zeitlich veränderliche Steuerspannung U wird an den ersten Spiegel angelegt. Dadurch ändert sich der Abstand I. Diese Änderung des Abstands I kann aufgrund der elektrostatischen Anziehung zwischen dem Spiegel und einer zweiten Elektrode bewirkt werden. Der Spiegel dient dabei als erste Elektrode. Die Steuerspannung kann zwischen einem ersten Kontakt, der mit dem Spiegel elektrisch verbunden ist und dem zweiten Kontakt, der mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist oder mit dieser identisch ist, angelegt werden. Dadurch kann es zu einer elektrostatischen Anziehungskraft zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode kommen, die von der angelegten Steuerspannung abhängt.

Die Änderung des Abstandes I bewirkt eine Änderung der Wellenzahl k.

Die zeitliche Änderung der Steuerspannung kann kontinuierlich erfolgen. Idealerweise kann die Änderung der Wellenzahl ebenfalls kontinuierlich erfolgen, d.h. ohne Modensprünge des La- sers.

Es kann eine erste Impulsfolge erzeugt werden, während die Wellenzahl k kontinuierlich von einem ersten Wert ki der Wellenzahl zu einem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird. Nachfolgend kann eine zweite Impulsfolge erzeugt werden, während die Wellenzahl kontinuierlich von dem ersten Wert ki der Wellenzahl zu dem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird. Im Zeitraum zwischen der ersten Impulsfolge und der zweiten Impulsfolge kann der Abstand I durch ein Rücksetzen der Steuerspannung U auf einen Anfangswert zurückgesetzt werden.

Es kann eine erste Impulsfolge erzeugt werden, während die Wellenzahl k kontinuierlich von einem ersten Wert ki der Wellenzahl zu einem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird und nachfolgend kann eine zweite Impulsfolge erzeugt werden, während die Wellenzahl kontinuierlich von dem zweiten Wert k2 der Wellenzahl zu dem ersten Wert ki der Wellenzahl verändert wird. In diesem Fall kann das Rücksetzen des Abstands I zwischen der ersten und der zweiten Pulsfolge entfallen. Die erste und die zweite Impulsfolge können jeweils einen ersten und einen letzten Triggerimpuls aufweisen. Zwischen dem letzten Triggerimpuls der ersten Impulsfolge und dem ersten Triggerimpuls der zweiten Impulsfolge kann eine Zeitspanne vergehen, die größer ist, als die mittlere Zeitspanne zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Triggerimpulsen des ersten Triggersignals. Das kann den Vorteil haben, dass die jeweiligen Pulsfolgen bei einer nachfolgenden Auswertung mit einem OCT-Signal synchronisiert werden können.

Die Wellenzahl k kann eine Funktion f der Steuerspannung U sein. Die Funktion f kann in einem Intervall [ILm .. Umax] eine inverse Funktion g besitzen. Die Steuerspannung U kann in einem Zeitintervall, welches eine Impulsfolge einschließt der Funktion g(k(t)) entsprechen. Die Steuerspannung U kann in diesem Zeitintervall gemäß der Funktion g(k(t)) gewählt werden. Dazu kön- nen diskrete Sollwerte der Steuerspannung U als Funktionswerte g(k(ti)), g(k(t.2)) .. g(k(t n )) in einer ersten Lookup- Tabelle hinterlegt sein.

Die Steuerspannung kann derart erzeugt werden, dass eine Folge von Sollwerten der Steuerspannung in einer ersten Lookup Tabelle in einem ersten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt sind und dass die Sollwerte der Steuerspannung zu Zeiten ti, t.2, t n fortlaufend abgerufen und mittels eines Digital-Analog-Wandlers (DA-Wandler) in die Steuerspannung U umgesetzt werden.

Eine Folge von Sollwerten des Triggersignals kann in einer zweiten Lookup Tabelle in einem zweiten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt sein. Die Sollwerte des Triggersignals können zu den Zeiten ti, t.2, t m fortlaufend abgerufen werden. Die abgerufenen Werte können als das Triggersignal ausgegeben werden.

Eine Folge von Spannungswerten kann in einer dritten Lookup Tabelle in einem dritten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt sein. Dann kann fortlaufend jeweils ein Triggerimpuls vom Elektronikmodul ausgegeben werden, wenn der Sollwert der Steuerspannung dem jeweils nächsten Tabellenwert der dritten Lookup-Tabelle entspricht. Außerdem wird eine erfindungsgemäße Lichtquelle mit einer veränderlichen Wellenzahl k angegeben umfassend einen oberflächenemittierenden Halbleiterlasers, wobei der oberflächenemittierende Halbleiterlaser einen Resonator umfasst, wobei der Resonator einen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel umfasst und der erste Spiegel als HCG (Hochkontrastgitter) ausge- bildet ist und der erste Spiegel in einem veränderlichen Abstand I zu einer Halbleiteroberfläche angeordnet ist und außerdem umfassend ein Elektronikmodul. Die Lichtquelle ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit dem Verfahren nach Anspruch 1 betrieben werden kann.

Die Figuren zeigen Folgendes:

Fig. 1 zeigt einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit veränderlicher Wellenzahl.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtquelle.

Fig. 3 zeigt eine Lichtquelle nach dem Stand der Technik.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens.

Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Verfahrens.

Fig. 8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens

Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens noch mehr.

Fig. 10 zeigt ein siebentes Ausführungsbeispiel des Verfahrens

Ausführungsbeispiele:

Fig. 1 zeigt einen oberflächenemittierenden Halbleiterlaser mit veränderlicher Wellenzahl. Der oberflächenemittierende Halbleiterlaser (2) (VCSEL) umfasst einen Resonator. Er weist eine im Resonator liegende Halbleiteroberfläche (10) auf. Der Resonator umfasst einen ersten Spiegel (3) und einen zweiten Spiegel (4) und ist durch diese beiden Spiegel begrenzt. Der erste Spiegel ist als HCG (Hochkontrastgitter) ausgebildet. Der erste Spiegel hat an den Seiten ein oder mehrere Federelemente 12, die über Abstandshalter 13 mit dem VCSEL verbunden sind. Der erste Spiegel (3) ist in einem veränderlichen Abstand I zu der Halbleiteroberfläche (10) angeordnet. Der Abstand I kann dadurch geändert werden, dass an den ersten Spiegel eine Steuerspannung U(t) angelegt werden kann. Die Steuerspannung wird über den ersten Kontakt 7 an den ersten Spiegel angelegt. Der Spiegel hat die zusätzliche Funktion einer ersten Elektrode. Bezugspotential für die elektrische Steuerspannung U(t) ist eine zweite Elektrode 8, die gleichzeitig als zweiter Kontakt ausgebildet ist. Diese weist eine Apertur 9 auf, damit das Laserlicht hindurchtreten kann. Durch das Anlegen der Steuerspannung wird ein elektrisches Feld ausgebildet, welches eine Anziehungskraft zwischen der ersten und zweiten Elektrode bewirkt. Dadurch kommt es zu einer Verformung des Federelements und damit zu einer Veränderung des Abstands I. Weiterhin gezeigt ist eine Halbleiterstruktur 5, die für die optische Verstärkung sorgt und ein Substrat 6, welches als Ausgangsmaterial für die Herstellung des VCSEL dient. Die Laserstrahlung 1 1 wird hier senkrecht zur Halbleiteroberfläche in z-Richtung emittiert. Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lichtquelle. Die Lichtquelle mit veränderlicher Wellenzahl 1 umfasst einen VCSEL 2 und ein Elektronikmodul 14. Das Elektronikmodul gibt eine zeitabhängige Steuerspannung U(t) und ein Triggersignal 17 aus.

Fig. 3 zeigt eine Lichtquelle nach dem Stand der Technik. Zum Betreiben ist ein optisches Inter- ferometer 15 erforderlich, welches ein interferometrisches Meßsignal 16 generiert. Dabei han- delt es sich um ein optisches k-clock Signal, welches als Triggersignal benutzt wird. Um das k- clock Signal zu generieren, muß ein Teil der Leistung des Laserstrahls 1 1 entnommen werden.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Dargestellt sind die Wellenzahl k, die Steuerspannung U sowie das Triggersignal 17 über der Zeit. Es sei darauf hingewiesen, dass der Übersichtlichkeit halber hier, wie auch in den folgenden Abbildungen die Signalver- läufe nur beispielhaft dargestellt sind. In der Praxis wird man vorteilhaft wesentlich mehr als die hier dargestellten fünfzehn Triggerimpulse je Impulsfolge wählen. Das können beispielsweise einige Tausend Impulse je Impulsfolge sein. Das Triggersignal umfasst mehrere Impulsfolgen (18, 19). Jede Impulsfolge umfasst mehrere Triggerimpulse 20. Es wird eine erste Impulsfolge

18 erzeugt, während die Wellenzahl k kontinuierlich von einem ersten Wert ki der Wellenzahl zu einem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird. Nachfolgend wird eine zweite Impulsfolge

19 erzeugt, während die Wellenzahl kontinuierlich von dem zweiten Wert k2 der Wellenzahl zu dem ersten Wert ki der Wellenzahl verändert wird. Die erste und die zweite Impulsfolge weisen jeweils einen ersten 19 und einen letzten Triggerimpuls 20 auf. Zwischen dem letzten Triggerimpuls der ersten Impulsfolge und dem ersten Triggerimpuls der zweiten Impulsfolge vergeht eine Zeitspanne, die größer ist, als die Zeitspanne zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Triggerimpulsen des ersten Triggersignals. Das kann den Vorteil haben, dass die Pulsfolgen bei einer nachfolgenden Auswertung mit einem OCT-Signal synchronisiert werden können. Außerdem können dadurch die Stellen aus dem OCT Signal ausgeblendet werden, die nahe der Umkehrpunkte der Wellenzahl liegen, d.h. an den Umkehrpunkten der Bewegungsrichtung des ers- ten Spiegels. Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Dargestellt sind die Wellenzahl k, die Steuerspannung U sowie das Triggersignal 17 über der Zeit. Das Triggersignal umfasst mehrere Impulsfolgen (18, 19). Jede Impulsfolge umfasst mehrere Triggerimpulse 20. Es wird eine erste Impulsfolge 18 erzeugt, während die Wellenzahl k kontinuierlich von einem ersten Wert ki der Wellenzahl zu einem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird. Nachfolgend wird eine zweite Impulsfolge 19 erzeugt, während die Wellenzahl kontinuierlich wiederum von dem ersten Wert ki der Wellenzahl zu dem zweiten Wert k2 der Wellenzahl verändert wird. Im Zeitraum zwischen der ersten Impulsfolge und der zweiten Impulsfolge wird der Abstand I durch ein Rücksetzen der Steuerspannung U auf einen Anfangswert zurückgesetzt. Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Die Wellenzahl k ist eine Funktion f der Steuerspannung U sein, die in einem Intervall [LLin .. U ma x] eine inverse Funktion g besitzt. Die Steuerspannung U entspricht in einem Zeitintervall, welches eine Impulsfolge einschließt, der Funktion g(k(t)). Die Steuerspannung U wird in diesem Zeitintervall gemäß der Funktion g(k(t)) gewählt. Dazu sind diskrete Sollwerte U 1 MEMS .. U n MEMs der Steuerspannung U als Funkti- onswerte g(k(ti)), g(k(t.2)) .. g(k(t n )) in einer ersten Lookup- Tabelle 23 hinterlegt. Die Sollwerte der Steuerspannung werden zu Zeiten ti, t.2, t n fortlaufend abgerufen und mittels eines Digi- tal-Analog-Wandlers 26 in die Steuerspannung umgesetzt. Die Zeiten werden dabei durch einen ersten Takt 30 vorgegeben. Aus dem ersten Takt wird mittels eines Teilers 27, dem eine Torschaltung 28 nachgeschaltet ist, das ausschließlich zeitgesteuerte Triggersignal generiert. Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Eine Folge von Sollwerten der Steuerspannung ist in einer ersten Lookup Tabelle 23 in einem ersten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt. Die Sollwerte der Steuerspannung zu Zeiten ti, t.2, t n fortlaufend abgerufen und mittels eines Digital-Analog-Wandlers 26 in die Steuerspannung umgesetzt. Die Zeiten werden dabei durch einen ersten Takt 30 vorgegeben. Eine Folge von Spannungswerten ist in einer dritten Lookup Tabelle 25 in einem dritten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt. Es wird fortlaufend über einen Komparator 1 1 jeweils ein Triggerimpuls vom Elektronikmodul ausgegeben, wenn der Sollwert der Steuerspannung dem jeweils nächsten Tabellenwert der dritten Lookup-Tabelle entspricht.

Fig. 8 zeigt Eine Folge von Sollwerten der Steuerspannung ist in einer ersten Lookup Tabelle 23 in einem ersten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt. Die Sollwerte der Steuerspannung zu Zeiten ti, t.2, t n fortlaufend abgerufen und mittels eines Digital-Analog-Wandlers 26 in die Steuerspannung umgesetzt. Die Zeiten werden dabei durch einen ersten Takt 30 vorgegeben. Eine Folge von Sollwerten des Triggersignals U 1 C iock .. U n ci 0C k ist in einer zweiten Lookup Tabelle 24 in einem zweiten Speicherbereich des Elektronikmoduls hinterlegt. Die Sollwerte des Triggersignals werden zu den Zeiten ti , t.2, t m fortlaufend abgerufen und die abge- rufenen Werte als das Triggersignal ausgegeben.

Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens noch mehr. Hier wird das Triggersignal mittels eines zweiten Taktes 1 1 generiert, der eine höhere Taktfrequenz als der erste Takt aufweist, und mit diesem synchronisiert ist.

Fig. 10 zeigt ein siebentes Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Hier wird das Triggersignal ausschließlich auf Basis der zeitlich veränderlichen Steuerspannung U erzeugt, indem die erzeugte Steuerspannung U über einen Stufenkomparator 32 mit vorgegebenen Spannungen Ucom verglichen und jeweils beim Überschreiten des folgenden vorgegebenen Spannungswertes ein Triggerimpuls ausgegeben wird.

Bezugszeichen:

1 Lichtquelle mit veränderlicher Wellenzahl

2 oberflächenemittierender Halbleiterlaser

3 erster Spiegel

4 zweiter Spiegel

5 Halbleiterstruktur

6 Halbleitersubstrat

7 Erster Kontakt

8 Zweiter Kontakt, zweite Elektrode 9 Apertur

10 Halbleiteroberfläche

1 1 Laserstrahlung

12 Federelement

13 Abstandshalter

14 Elektronikmodul

15 Optisches Interferometer

16 Interferometrisches Meßsignal

17 Triggersignal

18 Erste Impulsfolge

19 Zweite Impulsfolge

20 Triggerimpuls

21 Erster Triggerimpuls

22 Letzter Triggerimpuls

23 Erste Lookup- Tabelle

24 Zweite Lookup- Tabelle

25 Dritte Lookup- Tabelle

26 DA- Wandler

27 Teiler

28 Torschaltung

29 Komparator

30 Erster Takt

31 Zweiter Takt

32 Stufenkomparator