CN102484353B - 光源和光学相干计算机断层成像模块 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个方面，提供一种扫描波长光源，该光源包括：-半导体增益器件，可被操作为提供放大，-光学延迟器件，该延迟器件包括块体材料，该块体材料内具有明确光路长度的光路，该光路被限定为用于由增益器件产生的光；-波长选择器，以及-增益器件，该延迟器件和波长选择器件共同配置在基底上，以建立用于由增益器件发射以及由波长选择器选择的光部分的谐振腔；这并不排除其他构成谐振腔的元件的存在，诸如附加的镜(包括谐振腔端镜)、透镜、偏振选择元件、其他无源光学部件等；-其中该延迟器件中的光路是谐振腔光路的一部分。

Description

光源和光学相干计算机断层成像模块
技术领域
本发明属于光源领域，即电磁辐射谱中红外、可见光以及紫外波段的电磁辐射源。更具体地，本发明涉及一种光源、光学相干计算机断层成像设备以及光学相干计算机断层成像模块。
背景技术
光学相干计算机断层成像(OCT)是一种用于皮下成像的新兴的技术，可用于医疗、生物学以及其他应用中。OCT是超声波的光学模拟，但是利用了更短的光波长的优点，可得到更高分辨率的图像。一般较为重要的波长范围在光谱中400-2000nm的可见至近红外区域。目前OCT中共有四个重要的波长范围，分别在850nm、1050nm、1300nm、1550nm附近。OCT系统包括(1)宽带光源，(2)用于将发射的辐射导向样品和参考镜的光学部件的配置，以及(3)用于测量从样品反射的光和从参考镜反射的光的干涉的光学装置。对于目前的时域OCT(TD-OCT)系统，宽带光源为超发光发光二极管(SLED)，其以较宽的(40-200nm带宽)波谱发射光，通过扫描参考镜的位置来控制皮下成像深度。只有当参考镜和样品反射器之间的路径长度在光源的相干长度内相等时，才能够发生相长干涉。傅立叶或频域OCT(FD-OCT)使用光谱的频率信息，例如通过使用色散元件和CCD探测器阵列或者分光计(谱域OCT或SD-OCT)来对干涉进行解码。另一种需要简单的探测系统的FD-OCT技术使用通过谱扫描窄带宽光源(扫频源OCT或SS-OCT)来实现即时谱编码。
根据当前技术，在SS-OCT中，将可调激光器用作光源。已经证实，SS-OCT的信噪比优于TD-OCT(参见Choma等人的Optics Express，vol.11，2003 pp.2183-2189)。为了实现其相对于TD-OCT的优势，扫频源OCT系统需要能够在20-400kHz的高频范围内扫频的可调光源。因为这些系统的干涉计所需的成像深度与光源的相干长度有关，这也决定了对光源的谱线宽度和谱线密度的要求。
已经开发了多种用于实现用于SS-OCT的扫频源的方法。其中有级联分布反馈(DFB)激光器(US 2008/0037608)，多波长激光器(US2007/0002327)，衍射光栅和光栅对(US 2008/0002209，US 7006231)，光纤激光器环形腔(US 2006/0193352)，使用法布里-帕罗滤波器调谐环形和线性结构元件的外腔激光器(US 7242509，US 2006/0215713)。在这些方法中，后面的MEMS法布里-帕罗滤波器法最适用于集成到紧凑的光学模块中。在这种情况下，MEMS器件实现波长选择和波长扫描的功能，并需要被制造成具有紧密的机械公差。法布里-帕罗MEMS器件基本上为线性换能器，其具有速度限制并容易受到反射率、平行性、平坦度、滤波器腔厚度随调谐带宽内的变化的影响。在SS-OCT系统的波长扫描过程中，后面参数的变化会导致带宽、相干和成像深度的变化。
另一种方法(US 2007/0183643)利用与垂直腔面发射激光器(VCSEL)集成在一起的MEMS可调镜。然而，这些器件的集成难以制造，还有待实现。
更简单以及更通用的设计是基于外腔激光器，其中滤波和波长扫描功能由光栅和旋转或扫描镜来实现(US 6,111,645，US 5,907,423，US2007/0276269，US 2007/0239035，US 2007/0064239，US 2008/0043244，US2004/0213306)。因为他们可以相对容易地被改变以适应其他波长范围，因此这些设计是通用的。扫频源OCT的应用需要扫频源具有高于一最小值且低于一最大值的相干长度。最小值与应用的最小成像范围有关(成像范围为相干长度的一半)，例如对于视网膜成像为6mm，或者对于从视网膜到角膜的整个眼球成像为25mm。但是，采用具有过长的相干长度的扫频源是不利的，因为成像范围内的任何种类的反射性物体都会引起不希望的干涉信号。因此，对于外腔激光器的光谱带宽，为了具有一最小值需要多模激光器操作。单模操作不能确保相干长度不超过一能接受的最大值。最小光谱带宽的结果是需要相对长的腔长。一般来将腔长在3-30cm范围内，取决于波长范围和腔内的模式数。对于腔长的需要限制了扫频源的最小化。理想地，扫频源应该被限制并集成到紧凑的SS-OCT系统中。同样地，过长的腔长会使波长调谐变慢，限制扫描速率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种“扫频源”光源，用于OCT或其他扫频源应用，其克服了现有光源的缺点。另一个目的是提供一种光学相干计算机断层成像设备、光学相干计算机断层成像模块。
根据本发明的第一个方面，提供一种扫频光源，该光源包括：
-光学模块壳体，具有至少一个光学馈通和多个电馈通，
-半导体增益器件，可操作地提供光放大；
-波长选择器；以及
-光转向器；
-增益器件，光转向器和波长选择器共同配置在光学模块壳体中，以建立多模式谐振腔，用于由增益器件发射以及由波长选择器选择的光部分；
-其中该谐振腔为外腔激光器谐振腔，并例如包括自由空间中的光路部分；
-以及其中谐振腔的一个端部反射器是部分透射的，并且其中透射穿过该端部反射器的光被至少部分地导向穿过光学馈通而射出。
在优选实施例中，根据本发明第一方面的扫频光源包括根据本发明第二方面的扫频光源的特征并包括如下文所述的光学延迟器件。在其他有益实施例中，根据本发明第一方面的光源包括折叠的腔，在该腔中光在模块壳体内的不同的光路部分被向前或向后导引多次。
光学馈通可包括一个光纤或多个光纤，或包括辐射被导引而穿过的窗口。
根据本发明第一方面的方法的优点是光源部件-和其他器件(例如OCT结构的强度探测器、分束器/光束组合器、波长计和/或甚至参考臂)的元件-被集成到公共封装中。集成在封装内的器件优选包括可移动部分，诸如MEMS光栅或MEMS镜。
该方法在紧凑性、操作性、制造成本以及用户校准方面具有优势。根据优选实施例，封装的器件具有公共的热电致冷器，该热电致冷器与支座相接触，模块壳体内的多个部件配置在该支座上。这在稳定性和重复性方面带来好处，同时也在制造复杂性方面有优势。
与现有技术中作为光源的光学封装相比较，本发明第一方面提供了一种扫频光源，具有波长选择器(可包括可移动MEMS镜和光栅或法布里-帕罗滤波器调谐元件(例如法布里-帕罗MEMS器件)或旋转扫描镜和光栅等)，并用于多模式操作。多模式操作能够使相干长度被控制为不超过一可接受的最大值。另外，单模式操作需要复杂的结构，除非腔长在调谐过程中可调，否则会发生模式跳跃：模式跳跃意味着激光器会停止发射激光一小段时间，一旦可调滤波器符合下一激光模式则又再一次开启发射激光。但是，激光的开启过程是相对较慢的过程(相对于SS-OCT应用所需的较快扫频速率)，因为受激激光发射必须由自发发射和放大自发发射形成，因此，低噪声且低信号-噪声比率的稳定的激光操作需要激光器腔内的若干个往返。因此，多模式激光器腔对于快速波长调谐是有益的，因为激光器腔可在波长扫描期间保持发射激光。但是，激光器腔不能够过长(除非使用特殊的技术，如傅里叶域模式锁定(FDML))，因为与其相关的较长往返次数会再次妨碍快速波长调谐。
根据本发明第二个方面，提供一种扫波长光源，该光源包括：
-半导体增益器件，可操作为提供光放大。
-光学延迟器件，该延迟器件包括块体材料，该块体材料内具有明确光路长度的光路，该光路被限定为用于由增益器件产生的光，
-波长选择器，以及
-基底，
-增益器件，延迟器件和波长选择器共同配置在基底上，以建立多模式谐振腔，用于由增益器件发射以及由波长选择器选择的光部分；这并不排除其他构成谐振腔的元件的存在，诸如附加的镜(包括谐振腔端镜)、透镜、偏振选择元件、其他无源光学部件等；
-其中延迟器件中的光路为谐振腔的光路的一部分。
本文中，术语“光”被用于指光谱中红外、可见光以及紫外波段的电磁辐射。根据本发明的光源尤其适于产生光谱中近红外或可见光部分的光。
因此，本发明第二方面的实施例中的延迟器件为光学外腔激光器谐振腔的一部分。延迟器件中的光路优选地构成光学谐振腔长度的重要且主要的部分。延迟器件中的光路长度(因此还有反射次数)通过配置而被明确限定。例如，延迟器件中的光路长度是光学谐振腔长度(该光学长度被限定为物理路径长度乘以折射率)的至少30％、至少40％、至少50％或60％。在延迟器件中“穿过”的数目例如为至少4次，优选为至少6次或者甚至8次或更多。在许多实施例中，延迟器件中光路所占据的部分足够大到能够将光学腔集成到光学封装中。光学延迟器件的多个实施例中，该器件内的光学路径没必要为平行的。一般地，一个“穿过”是延迟器件内部两次连续反射之间的路径部分。
光学谐振腔长度通常在1cm至1m之间，在许多情况下，在3cm至30cm之间。
在第一和/或第二方面的实施例中，增益器件、延迟器件和波长选择器配置在公共基底上，在许多实施例中，他们封装在光学模块封装中以构成光学模块。光学模块封装形成了封装外壳，该外壳具有至少一个光学馈通和多个电馈通，用于馈送和控制封装内的部件，且如果必要的话，用于从封装内读出信号。光学封装例如包括公共热电致冷器，封装的所有光学器件与热电致冷器直接热接触，即例如位于公共的导热承载板上，该导热承载板与热电致冷器直接物理接触。光学封装例如为封闭的-且可以为密封的-以与外界隔绝，从而使基底上的部件至多通过电馈通和/或光学馈通到达。延迟器件能够使可调谐外腔装置小型化，因此其能够组装到标准的光学模块中，例如本领域已知的蝶形封装。通过使用合适的增益模块(或根据情况可以为具有谐振腔几何形状的自由空间谐振腔)和部件上的光学涂层，相对简单的光学装置可容易地适于操作在对SS-OCT而言所有重要的波长范围内。
不论要达到的多模式操作和相应的腔尺寸需求，整个封装的尺寸都是紧凑的，二维延伸范围(在支座的平面内)优选不大于22mm×60mm，在优选实施例中，不大于13mm×30mm。例如，整个延伸范围不大于22mm×60mm×20mm，优选不大于20mm×40mm×20mm，尤其是不大于15mm×35mm×10mm，或者不大于13mm×30mm×10mm。
在第二方面的许多实施例中，延迟器件包括多个反射性表面，用于将该块体材料内传播的光部分向后和向前反射。延迟器件可以为块体材料，例如硅或LiNbO3或任何其他对于所涉及光波长透明的合适材料。该块体可具有两相对的基本平行的表面，且可至少部分地被涂覆成反射性的。合适的涂层可包括金属涂层、介电涂层或其他反射层。光学延迟器件中的光路可由下列中的至少一种限定：
-入射角和几何光学，以及
-形成在该块体材料内部的波导结构。
在一个特定实施例中，延迟器件可包括循环光波导设计。
在另一实施例中，延迟器件包括由对所使用的光透明的材料构成的主体。该主体具有多个平面，其包括相互之间呈异于90°角的面。至少两个面对于谐振腔内的光为至少部分地反射性的(通过具有反射性涂层和/或使光以浅到足够超出内反射角的角入射)，并将从主体内部入射到面上的光反射回主体。该主体被设计和配置为使谐振腔中的光路垂直于非反射性入口和出口端面处各自的端面(入口和出口之间的区别是有些随机的，在谐振腔中光入射和出射都经过入口和出口面)，且不垂直于至少部分地提供有反射性涂层的面。
在优选实施例中，延迟器件被设计成在延迟器件中的至少一次反射，优选为所有反射由以低角度入射到面上的光引起，例如低于50°或低于全内反射的最大角度。通过这种方法，可避免涂层不完美导致的反射涂层介入损耗。同样地在这些实施例中，各个面还可另外地被提供有高反射涂层。
透明材料主体可例如由玻璃(尤其是适用于低角度内反射光的实施例的合适材料)、氧化硅、聚合物、半导体化合物等制成。
例如，延迟器件主体具有大致菱形形状，具有第一面和非平行于第一面的第二面。延迟器件被配置为使得入射到第一面上的角度为垂直的。光学延迟器件中的光路由几何光学限定。在光路从延迟器件出去的点处，所述第二面或第一面包括一呈角度部分，从而当出去时，光路垂直于其出去时所穿过的表面。
在另一实施例中，延时器件可包括光学波导设计，使波导限定在不同的垂直平面上以在延迟器件中形成更长的光路长度。这种光波导设计还便于耦合到在不同水平面上具有光轴的光学部件。
延迟器件可包括一个或多个光学定向耦合器。这种定向耦合器可被用于将延迟器中的光分束成谐振腔路径和监测路径，分束成样品输出和参考输出，和/或还分束成输入和成像输出。
在第一和/或第二方面的实施例中，波长选择器可包括扫描微光电机械系统(MOEMS)镜(有时也叫做MEMS镜)，其与波长选择元件(诸如光栅)相协作。MOEMS镜和光栅部件被配置为提供外腔激光器的可调谐特性。光栅用作滤波器，以为腔选择一窄范围的波长。MOEMS镜扫描以改变光入射到光栅上的入射角，从而改变该窄范围波长的中心波长。可替代地，光栅可被集成到MOEMS扫描器件的表面。
MOEMS器件(可使用镜或者可替代使用例如MOEMS棱镜)的优点是具有适于集成到公共基底上和光电封装中的尺寸，而对整个尺寸没有负面影响。
同样地，在一些实施例中，集成的扫描波长光源还包括监测器，诸如监测光电二极管，也配置在公共基底上。监测器被配置成使在谐振腔中循环的典型部分光被耦合出谐振腔并导向至监测器。监测器包括电子监测输出，可通过电馈通从模块的外侧与电子监测输出相接触，从而实现对光源的电子控制。
在本发明的第一和/或第二方面的实施例中，根据应用，增益器件具有用作谐振腔端部镜的反射性端面的实施例是有益的。例如，部分透明的激光器输出耦合镜可由增益器件的(部分地)反射性端面代替。具有反射性端面的半导体增益器件相当于反射性半导体光学放大器(R-SOAs)。通过使用R-SOA作为增益器件和输出耦合镜这种简单的方法，可改善该器件的效率。这是因为在激光器谐振腔中，当谐振腔内循环的光被耦合到增益器件中时会发生耦合损耗。如果用R-SOA替代放置在谐振腔内部中的增益器件，那么在谐振腔中的每一往返中，光只需被耦合进增益器件一次，而不是两次。这会显著降低腔的损耗，并因此会改善扫描波长光源的功率、调谐速度、调谐范围、信号-噪声比率和/或其他光学参数。
现在看本发明的第二方面，第二方面的实施例可根据下述设计来实现：
-在第一配置类型中，延迟器件位于增益器件和波长选择器之间；
-在第二配置类型中，延迟器件位于增益块和波长选择器的一侧。
在每种情况下，“一侧”指谐振腔中的光路。
在第一配置类型的情况下，所使用的增益块可以为反射性半导体光学放大器(其自身可以为谐振腔)。光学射线沿着从R-SOA的部分反射(例如3-80％)的面延伸穿过延迟器件的光路传播，并例如被MEMs镜反射到光栅上。R-SOA和光栅之间的光路长度限定了谐振腔(腔)的长度以及扫频源的相干性能。外腔激光器的光在部分反射性的半导体光学放大器上耦合到光纤。可替代地，在第一种配置的情况下，所用的增益块可以为(非反射性的-例如＜0.5％)半导体光学放大器(SOA)，单独提供输出耦合镜。但是具有R-SOA的实施例更紧凑。
在第二配置类型的情况下，所使用的增益块可以为半导体光学放大器(SOA)。在这种情况下，光学射线沿着从延迟器件上的反射性涂层延伸穿过SOA的光路传播，并且(例如)还被MEMS镜反射到光栅上。延迟器件的反射性涂层和光栅之间的光路长度限定了腔的长度以及扫频源的相干性能。外腔激光器的光在延迟器件上耦合到光纤。在可替代的实施例中，在延迟器件(相对于SOA)的另一侧上的单独的耦合输出镜限定腔的端部。
在第二种配置的特定实施例中，延迟器件提供附加的干涉计，该干涉计具有耦合到一个光纤或多个光纤的输出。
在第一方面和/或第二方面的实施例中，光源还可包括电子控制器以控制和调节其性能。这可包括控制器件，例如包括控制电子部件和/或控制软件和/或运行在一般硬件上的固件，例如PC上的微处理器、微控制器或FPGA。控制器通过电接触装置(例如电馈通)连接或可连接到基底上的部件。
本发明还涉及一种光学相干计算机断层成像设备，该设备包括：
·根据本发明第一和/或第二方面的光源；
·干涉计，与该光源进行光学通信；
·光学单元，该光学单元适于将来源于该光源的光部分聚焦到样品的所选位置，并适于执行扫描，在扫描中所述位置和所述样品相对移动；
·干涉计可被操作为合并由该光源产生和从样品返回的光部分以及由该光源产生并通过参考路径返回到干涉计的光部分；以及
·探测器单元，定位成从干涉计接收合并的光。
在此，“干涉计”指重新合并来自两光路的光的干涉计的一部分。在其他地方，物理定义要求所有构成光路的元件-包括在照明下返回一部分光的样品、反射镜和探测器-都属于干涉计，而这不是本文中所使用的定义。因此，在下文，使来自两光路的光重新合并的干涉计(或干涉计部分)有时也指“干涉计的一部分”。
如上所述，光源的一些实施例中，该延迟器件包括至少一个定向耦合器。所包括的实施例中定向耦合器或定向耦合器之一包括4个波导分支：
-耦合到谐振腔的第一分支；
-第二和第三分支，耦合到两个输出光纤，来自第一分支的光分成第二和第三分支；以及
-第四分支，耦合到探测器(诸如感光的光电二极管)，其中来自第二和第三分支的光部分在定向耦合器中干涉，且一些干涉的光部分耦合到第四分支中(其他部分会被耦合回到第一分支中)。
如果上述类型的光学相干计算机断层成像设备包括根据这种实施例的光源，那么(由定向耦合器形成的)干涉计的一部分集成到光源中，干涉计的一部分还可替代为探测器。那么，光学单元可仅提供有集成的光源和探测器模块。
本发明还涉及一种光学相干计算机断层成像模块，用于光学相干计算机断层成像设备，该模块包括：
-根据本发明第一和/或第二方面的光源；
并且还包括传感机构，定位并安装成用于感测光源产生的光的特性和/或干涉计信号的测量的执行。
在一个实施例中，除了光源，该模块可包括：
·干涉计的一部分，与该光源进行光学通信并可被操作为合并由该光源产生和从样品返回的光部分以及由该光源产生并通过参考光路返回的光部分；以及
·探测器单元(为传感机构或从属于传感机构)，定位成从干涉计接收合并的光。
在上述种类的具有集成干涉计和探测器的实施例中，该模块为集成的光源。在其他实施例中，除了封装的光源，该模块可包括分离、但是潜在可固定接附的干涉计和探测器。
该模块还可包括模块壳体外的电子单元，其包括分析器和/或求值器，用于评估由传感器装置产生的数据。
根据本发明任一方面的光源还可包括用于确保扫频为线性或近似线性的措施。在谐振腔中，如果移动部件只由随时间为线性的电信号驱动，或者移动部件为例如由类时钟信号驱动以正弦振荡的谐振MEMS结构，那么将导致输出射线的非线性频率依赖性。然而，频域内(在k空间)在时间上的线性扫频对OCT的应用是有益的。所包括的该措施可包括下列中的一个或多个：
(i)波长选择器(诸如MEMS镜)的移动部件被驱动成特性斜坡模式(characteristic ramp pattern)，从而提供这种频域内的线性扫频。
(ii)波长选择器的衍射光栅(在波长选择器包括衍射光栅的实施例中)在光束扫频所穿过的范围上具有非恒定的栅距(光栅常数)。选择非恒定的栅距-一种特别的“啁啾”型-从而实现即时的更加线性的频率扫描。
(iii)由光源的移动部件(调谐元件，例如镜)和光栅之间的光学部件改变到光栅的入射角。这种附加的光学部件还改变时间上的扫描特性，并使得在频域上的扫描特性更加线性。
根据本发明的第三个方面，提供一种光学模块，该光学模块包括：
·扫频激光光源，例如根据本发明第一和/或第二方面的光源，以及
·波长计，该波长计可操作成并定位成可发出由光源输出的光的波长和/或频率的测量，该波长计包括：
-波长计分流器，能够将从光源产生的主光束分流的光部分导向至分离于主光路的光路，
-滤波器器件，具有依赖于波长的透射特性，该滤波器器件被配置为使得分流的光部分入射到该滤波器，
-第一波长计探测器，配置为探测透射穿过该滤波器器件的部分分流光束的强度，以及
-第二波长计探测器，配置为探测未透射穿过该滤波器器件的部分分流光束的强度。
电子单元可被设置成计算值(IT-IR)/(IT+JR)，通过该值，给定已知或初始测量的滤波器特性，可计算出波长或相关量。
选择滤波器器件，使得在光源输出波长扫描的光源波长范围内，滤波器特性具有显著的波长依赖性。优选地，在光源波长范围内，滤波器透射特性随波长严格单调变化。在波长范围内的最低波长的透射率与在波长范围内的最高波长的透射率之间的差优选尽可能高。该滤波器可为高通滤波器或低通滤波器。但是，在优选实施例中的，滤波器为带通滤波器，带通滤波器的通频带相对于波长范围偏移，因此该波长范围位于滤波器的透射特性的倾斜部分中。可以使用在用于例如扫频源OCT的波长范围内具有陡峭特性的带通滤波器。
在SS-OCT系统的现有技术中，使用在频域(k-空间)上具有周期性透射性或反射性的光学滤波器(例如马赫曾德耳干涉计或法布里-帕罗滤波器)来产生光学k-时钟，这是一种每次扫频源的频率改变一固定值后显示局部最大值或峰值的信号，该固定值等于这种周期性光学滤波器的自由光谱范围。光学k-时钟信号由光电探测器探测并转化成电学k-时钟信号，该信号与SS-OCT系统的其他时钟信号(例如用于负责从干涉计接收的OCT信号取样的时钟信号)同步。
但是与现有的例如基于迈克逊或斐索干涉计原理的波长计相比，根据本发明第三方面的波长计简单、坚固、没有移动部件且输出信号易于分析。
另外，波长计的信号不依赖于扫频激光器的光学输出功率，因此不依赖于波长或频率的真实测量值。
与现有技术的OCT模块的k-时钟相比，测得的是波长的绝对值而不仅仅是相对测量。另外，波长值的测量可在任意时刻进行，即，以单独时钟设置的任意取样速率。因此，可以使用用于对信号测量进行取样的时钟(系统时钟)，例如待测OCT干涉信号的强度I，或其他具有这种系统时钟的即时时钟。器件的同步比现有技术中k-时钟自身的信号取数(peek)必须作为同步信号的方法更容易。如果波长计与所期望的信号同步取样，可直接得到(所期望的)强度数据的和产生所期望强度数据的波长的数据对。根据一优选实施例，模块的电子单元还包括时钟，该时钟可操作为触发该第一和第二波长计探测器信号的取样。该时钟还可被操作为触发所期望强度信号的取样。
使用波长选择滤波器用于稳定激光是已知的。本发明第三方面的实施例走向了其他方向，使用这种滤波器作为波长计的一个部件，其能够与信号同步取样。
根据第一、第二和/或第三方面的光学模块的实施例，还可选地包括下列中的一个或其组合：
-DC信号偏移补偿：这种DC信号偏移补偿可基于外差平衡探测的原理。其可消除主光源强度的变化效应，该效应例如可随扫描频率周期性地发生(如果所产生的射线强度具有波长依赖性)或慢慢地作为参数改变(例如温度改变等)的反应而发生。例如，分束器/光束组合器的两个输出可被用于并导向至两个探测器，这些探测器中所测量的强度互相相减。因为干涉信号在两个探测器处的相相差180°，两信号相减增加了外差干涉信号但减掉了过度的噪声。
-OCT设备(OCT干涉计)的分束器/光束组合器，用于将主光束分成样品臂和参考臂，并将从样品臂返回的光部分和从参考臂返回的光部分合并，并将合并的干涉光部分导向到所期望的信号强度探测器(该探测器优选地还为光学模块的元件)。可选地，该光学模块还可包括参考臂，该参考臂具有光反射和/或光导装置，以使来自分束器/光束组合器的参考光束在具有限定光学长度的光路上返回分束器/光束组合器。凭此，光学模块可变成“OCT发动机”，即输出(OCT干涉计样品臂的)样品射线的器件，包括用于产生干涉并分析在样品臂中从样品返回的射线。
-分束器，例如强度相等或近似相等。该模块还可包括两个分束器/光束组合器以及两个相应的探测装置(可选地包括DC偏移补偿)、可选地两个参考臂以及相应的光学(电学)输出/输入。凭此，光学模块适于通过单个光源同时进行两个OCT测量。
所有这些光学部件可被包括到一个光学模块的紧凑的封装中-且在模块外壳中，优选在公共支座上，并与公共热电致冷器热接触。
在本文中，尽管参考OCT的重要应用重点描述了根据本发明的各方面的光源和光学模块，但是其还能够有益地用于其他应用。其他应用诸如包括光纤布拉格询问器(Fiber Bragg Interrogators)等。
附图说明
以下，参考附图描述本发明的实施例以及各方面。附图全部为示意性的而不是按比例的，且相同的附图标记代表相同或相似的元件。图中示出：
图1表示使用R-SOA的光学配置的示意图；
图2示出了光学配置组装到模块中的示意图；
图3为具有重新设置的监测二极管的光学配置的示意图；
图4表示使用SOA的光学配置的示意图；
图5示出了具有SOA的光学配置组装到模块中的示意图；
图6表示使用具有集成干涉计的SOA的光学配置的示意图；以及
图7示出了干涉计在光学模块中的光学配置的示意图；
图8、图9a、图9b和图9c示出了延迟器件的多个实施例；
图10示出了根据本发明第一方面的不具有延迟器件的光源的实施例；
图11示出了根据本发明第三方面的具有波长计的光学模块；
图12示出了波长依赖滤波器透射特性的示意曲线；
图13示出了根据第三方面的光学模块的示意图；
图14描述了具有DC偏移补偿的光学模块；
图15示出了具有参考臂的光学模块；以及
图16描述了双束OCT模块。
具体实施方式
本发明的第一实施例为如图1所示的光学配置。在该实施例中，光学配置包括：光学延迟器件100，其相对的面上具有反射涂层101；光学增益块102；扫描MEMS镜103；衍射光栅104；监测光电二极管105；透镜106和透镜107，耦合到增益块，用于对光束准直或成像。
在该实施例或其他所述实施例中，谐振腔的设计基于所谓的利特罗(Littrow)结构，其中衍射光栅作为谐振腔镜。但是，对于所有实施例，本发明不局限于这种结构。本领域技术人员可知其他的用于外腔二极管激光器的可调谐振腔的谐振腔结构。另一种已知结构是所谓的Littman-Metcalf结构，其中将分离的镜(可以为可移动的器件)用作端镜，衍射射线被导向该镜。本领域技术人员可知以光栅不作为谐振腔端镜的方式重新排列谐振腔部件的方法。
在该实施例中，增益块优选为具有较宽增益带宽(40-200nm)的反射性半导体光学放大器(R-SOA)。R-SOA的远离光学延迟器件的面110上具有反射性涂层。光学延迟器件100优选由氧化硅或玻璃、聚合物或半导体化合物的块体制成，其平行的表面上沉积有反射层101。优选地，设定只有光束被延迟的这部分平行表面被涂覆反射层。平行表面的其他部分可涂覆防反射涂层。在图1中，所示延迟器件在光路中提供了8次反射，致使9次穿过延迟器件。可替代地，延迟器件可根据可调激光器腔长的需要被用于提供任意次数的反射。可选地，光学延迟器件中的光路可被形成于块体中的波导限定。例如可以通过飞秒脉冲激光器在氧化硅中直写而形成这种波导(这适用于所有延迟器件块体中具有波导的实施例)。
在本发明的其他实施例中，光学延迟器件可以由铌酸锂或其他合适的材料形成。
光学配置形成了上述第一种类型的可调外腔激光器。增益块102中产生的光在由增益块102上的反射性涂层110和光栅104构成的谐振腔中振荡(外腔激光器的腔在R-SOA 110的作为输出耦合镜的前面和光栅104之间延伸)。透镜107被用于准直延迟器件100和波长选择器(包括MEMS镜103和光栅104，但是增益块耦合透镜在增益块和光学延迟器件之间进行成像)之间的光。可选地，透镜107被用于将光成像到MEMS镜，从而使成像尺寸在透镜107、MEMS镜103和衍射光栅104之间变化。更一般地，可使用任何合适的成像和/或准直装置(除了透镜或作为透镜的替代，可包括形状合适的反射器)的排列，如果需要的话，可以使用任何合适的射线导向装置。可替代的，由延迟器件提供的锥形光学波导可替代透镜，用于将光直接耦合到增益块。
在该实施例(以及其他此处描述的实施例)中使用的MEMS镜优选地在20-400kHz的频率内扫描，并由谐振或线性的斜坡波形驱动。
监测二极管被配置为位于被光的一部分击中的位置，光的该部分不同于由光栅导回谐振腔中的那一部分。例如，当第-1衍射级被导回到谐振腔时，第1衍射级或第0衍射级可被到向监测二极管105。
来自激光器的光通过耦合透镜108耦合到光纤109。
图2为外部可调激光器组装到模块中的示意图。优选地，R-SOA 102安装到第一子支座111上，光纤109被安装到第二子支座112上。子支座111和112与其他光学部件被一起安装到载体113(用作基底)上。载体可被安装到热电致冷器(TEC)114上，热电致冷器本身被安装到光学模块壳体115中。光学模块壳体可以为如图2中所示的蝶型封装壳体。在本发明的又一实施例中，光学模块可以为DIL(双列直插式)封装或其他光学模块。光纤109可以被固定到具有套圈117的模块馈通116。可替代地，光纤可被直接固定到馈通。该模块还包括多个电馈通119，用于供电、控制和引出模块中的器件。
在本发明的又一实施例中，载体113可以由两个板构成，其中一个较小的板被安装到另一个较大的板，从而方便光学部件基底在不同水平面上的安装以对准其光学元件的轴。可替代地，可使用具有机械加工到其表面内的不同安装水平面的载体。
图3示出了类似于图1所示实施例的本发明又一实施例，其同样对应第一种类型的配置。与图1中的功能相同的元件在此不再解释。在图3的实施例中，监测光电二极管105位于延迟器件的与R-SOA 102相同的一侧。在该实施例中，延迟器件118被制造和定位得使光束在一个界面被部分地反射和部分地透射，从而可被成像到监测二极管105。对于该实施例，可在延迟器件的面上光束到达监测二极管前穿过的部分120上使用部分反射的涂层。
对应于第二种类型，图4和图5中图示了外腔激光器的另一种配置。该实施例提供了一种不同的延迟器件122，其位于增益块121、衍射光栅104和MEMS镜103的一侧。在这种情况下，增益块121为两面具有防反射涂层的半导体光学放大器(SOA)。
该配置的光学腔体从反射器101的A点延伸到光栅104(因此穿过延迟器件8次)。在该实施例中，延迟器件优选地由波导构成，使得光垂直地入射到A点以及例如入射到延迟器件122的输出，再射至光纤109和监测光电二极管105。
A点处反射的部分光被分成导回到谐振腔的部分以及导向至输出的部分。在所述实施例中，该输出部分还被分成耦合到光纤109的部分和入射到监测二极管的部分。
此处，通过第一定向耦合器131(波导耦合器)和第二定向耦合器132来实现所述各部分的分束，第一定向耦合器131和第二定向耦合器132都形成在延迟器件122中。在可替代配置中，分束功能还可以由部分透明的镜来实现，例如部分透明的镜将一部分射线反射回谐振腔中并将其他部分耦合出去；然后监测二极管可类似图1或图3那样放置。
另外，还可以提供具有锥形光学波导的延迟器件，以将光直接耦合到增益块。还可以提供具有锥形光学波导的延迟器件，以将光直接耦合到光纤。
可以使波导只用于光路在延迟器件中的一部分，或者用于延迟器件中的整个光路。
还可以提供一种延迟器件，也以例如根据图1或图3的第一种类型配置，其中光路的至少一部分由波导限定。
另外，还可以提供第二种类型的配置，其中延迟器件不包括任何波导，而是通过其他手段来实现输出和反射回谐振腔的光的分束，诸如通过部分透明的镜。
图4中所示配置的优点是光电二极管所测得的光学功率与外腔激光器的输出功率直接成比例。
图6和图7示出了本发明的又一实施例，其在光学延迟器件中提供了附加的光波导。该延迟器件123包括第三定向耦合器133，第三定向耦合器133具有：光学耦合到外腔激光器的第一波导分支133.1(输入波导)，由耦合到其外的光馈通：第二和第三波导分支133.2、133.3(输出波导)，光学耦合到两束光纤124；以及第四波导分支133.4，导向参考光电二极管125。
在该实施例中，第三定向耦合器133具有两种功能。首先，将从激光器来到输入分支133.1的光分成两个输出波导分支133.2、133.3，因此分到两束光纤124中，从而例如分别导向样品和OCT的参考臂。其次，将分别通过第二和第三波导分支从两束光纤124返回的光干涉。因此其作为干涉计。光纤作为该干涉计的参考臂和样品，形成扫频源OCT系统一部分，参考光电二极管125例如作为OCT系统的探测器件。
该子系统可以被集成到如图7中所示的具有一个馈通116的光学模块中。可替代地，光学模块可包括多个光学馈通。
在图8、图9a、图9b和图9c中示出了可在包括所述延迟器的多模式扫频激光器光源的任意实施例中使用的不同的光学延迟器。如图8、图9a、图9b和图9c所示，延迟器100，118，122，123具有平坦的面，包括相互之前呈锐角或钝角(呈非90°角的非平行面)的各个面。各个面相互排列成-并且在一些实施例中，部分地具有反射性涂层101-使得光束能够以直角入射到延迟器，然后在明确的路径(其中通过(穿过)延迟器主体的转折数量明确，并因此长度就明确)上被偏转，然后以垂直于出射面的角度离开延迟器。
图9b和图9c示出了可在多模式扫频激光器光源的任意实施例中使用的不同的光学延迟器。从图9b和图9c中可以看出，这些延迟器100，118，122，123提供了多角度的面101a，其相互排列成使得光束能够以直角入射到延迟器，然后以较低的角度被每个成角度的面反射。优选地，各个面排列的角度超过一临界角度，在该临界角度下，引入的光束被全内反射。面101a可被限定为具有或不具有高反射涂层。图9c中所示的延迟器可与外部反射器101b一起使用，从而使光束进入和离开延迟器超过一次，优选每次以直角进入和离开。
本领域技术人员可以了解，超过6个包括锐角面的平面的主体的构思，通过几何光学的应用，可产生多种延迟器形状的进一步的变型，与明确数量的穿过主体的折点相结合，多种变型都能够确保直角入射和直角出射。
图10示出了多模式外腔扫频激光光源的一种变型，其包括光学模块壳体中的增益器件121、波长选择器103、104和转向器104、106、107。与前述实施例相比，该谐振腔不包括光学延迟器，而是通过折叠而具有足够的对应于多个模块长度的腔长。
在所述实施例中，增益器件121为SOA，因此增益块中没有将光反射回该器件的面。例如，这些面可以相对于光束方向不垂直，和/或这些面可包括AR涂层等。
但是，还可以给不具有图10中所示种类的延迟器的光源提供RSOA增益元件，例如位于输出耦合镜140的位置。其优点与具有光学延迟器的器件的优点相同：耦合损耗的降低。
参考图11、图12和图13，描述了根据本发明第三方面的扫频光源的波长计的构思。在具有扫频光源的测量器件所获得的研究数据中，在多数情况下最重要的是获知哪个数据点对应扫频光源产生的光的哪个波长。因此，在现有的光学相干计算机断层成像(OCT)器件中-以及类似器件中-使用所谓的k-时钟(k-clock)进行数据取样。其中的字母“k”用于指波数k，其与波长的倒数成正比，在给定介质中，其与频率成正比。现有器件中的k-时钟包括法布里-帕罗滤波器或类似器件，通过其对所产生的光的一部分进行导向。穿过滤波器的信号将对规则频率间隔(例如25GHz)的取数模式的频率具有特有的依赖性。然后该取数被用于触发实际信号的取样。这种进行方法具有两个缺点。首先，绝对的波长位置是未知的，而仅知道相对的取数-取数间隔。其次，取数-取数频率间隔-法布里-帕罗的自由光谱区-是固定的。但是，如果输出频率-时间的关系大致是非线性的，那么将以不规则的时间间隔取样，这将导致显著的同步问题。
图11示出根据本发明第三方面的波长计装置。块体201表示扫频光源，其可以为根据本发明的前述的一个或两个方面中的光源。虽然光源201在该图及后续图中被示为与其他元件相分离的块，但是在实际中，其他元件也被集成到包括光源的封装中，且其他元件的实体可被配置在光源的元件之间(但是当然不中断光源谐振腔中的光路)或位于相分离的位置。通过分束器202，光束的一部分-例如1％至10％之间-被“分流”，即离开主光束并进入波长计。
波长计包括滤波器件204，被分流的光束部分入射到该滤波器件204上。所述实施例中的滤波器为带通滤波器，带通滤波器的通频带相对于波长范围偏移，因此该波长范围位于滤波器的透射特性的倾斜部分中。
图12示意性地示出了相关滤波器透射功率(强度透射系数)对波长的依赖性。垂直线示意性地示出波长范围的上限和下限。
转到图11，除滤波器器件204外，波长计包括第一光强度探测器206和第二光强度探测器207。第一光强度探测器被构成并配置为探测透射穿过滤波器的分流光束的光。第二光强度探测器207被构成并配置为探测未被滤波器204透射然后被其反射的这部分光。
由于透射强度对波长的依赖性，由第一强度探测器206测得的强度IT和由第二强度探测器207测得的强度IR相差的量IT-IR可作为波长的量度。优选地，标准值(IT-IR)/IT +IR)被用作输入量，以利用已知滤波器特性确定波长。滤波器特性可以基于初始测量，例如由制造商测量并存储在器件的电子装置中。还可以使用量(IT-IR)/(IT +IR)本身作为波长的量度。
由这种方法可知波长的绝对值而不仅仅是相对测量。另外，波长值的测量可在任意时刻进行，即，使用单独时钟设置的任意取样速率。因此，能够使用系统时钟或其他与系统时钟同步的时钟。器件的同步比现有技术中k-时钟自身的信号取数必须作为同步信号的方法更容易。
图13非常示意地示出了相应的测量系统。系统时钟211提供触发信号，该触发信号用于读出第一和第二波长计强度探测器206、207以及所期望的信号强度探测器221的测量值。系统的电子装置通过波长计强度探测器信号计算波长，并存储强度/波长数据对；这些值可被显示和/或用于现有技术中已知的进一步计算中。事实上，对于每个探测器，由触发信号触发的模拟/数字转换器可被用于读出信号。时钟触发信号还可被用于进一步地取样信号，和/或通过多个探测器信号得到所期望的信号，例如在下文所述实施例中。
图14示出了可用于补偿由光源强度或测量参数的波动引起的DC偏移的测量方法。该结构基于“平衡探测”的原理。在所述实施例中，循环器231用于将部分光返回作为分束器/光束组合器224的第二输出(到循环器的端口II)以到达平衡探测器，在探测器中与所期望的信号S合并以进行干涉。在所述实施例中，所期望的信号S为OCT信号，该OCT信号通过从样品路径sam返回的信号和从参考路径ref返回的信号相干涉而获得。在所述实施例中，分束器/光束组合器224被用于将主光束分成样品路径和参考路径，并将他们合并以进行干涉。转向器235被用于使信号光束转向光束组合器233和两个强度探测器221.1、221.2。两个探测器221.1、221.2所测得的强度差被用作平衡信号。循环器被操作为将进入端口I的光导向至端口II，将进入端口II的光导向至端口III，将来自端口III的光导向至端口I。除了用于将分束器/光束组合器的第二输出导向平衡探测器结构，其还能够作为光隔离器，防止光反馈到激光光源。
在图14中，用虚线示出了参考图11至图13所描述类型的光学波长计208。
图14中所示的光学模块包括光源201以及波长计208(如果存在的话)、分束器/光束组合器、强度探测器的光学部件以及隐含的光束导向装置，还包括模块壳体，光学模块部件配置在该壳体中，如图2、图5、图7中所示的器件那样，模块壳体包括光学和电馈通，光学模块部件可配置在公共支架上，与公共的模块热电致冷器接触。图15描述了用于OCT设备的光学模块。优选地，光学模块的单个模块外壳内具有馈通孔、位于公共致冷器上的公共支架，除了光源201外，光学模块包括：(可选地)波长计和强度探测器的光学部件-在所述实施例中，示出了前述两个强度探测器和DC偏移补偿装置-光学模块还包括OCT的参考臂251。参考臂包括光偏转和/或光导装置252、253，其使来自分束器/光束组合器224的参考光束在具有限定光学长度的光路上返回分束器/光束组合器224。图15的实施例-以及下文进一步描述的双束扫频源光学模块的相应变型，具有集成的参考臂-在整个OCT设备较小的情况(例如距所测物体的距离较小的手提式器件中)下是有益的，因为其具有紧凑性。
图16也描述了用于OCT设备的双束扫频源光学模块。双束扫频源光学模块包括单个扫频激光光源201，优选为如前述实施例所述的类型。光学模块还可包括上述类型的波长计202、208。优选地，分束器251固定在波长计的下游(即配置在主光路中波长计的后方)，例如以约50∶50的比例，将主光束分成两部分光束。这两部分光束用于两个分离的OCT设备分支的单独OCT测量。例如，这两个分支可被分别用于左眼OCT成像和右眼OCT成像。那么OCT设备可被制成类似双目型器件。
每个部分的光束被导向至分束器/光束组合器224.1、224.2，于此，部分的光束部分被分别导向至样品臂和参考臂。参考臂可位于光学模块内，或者如所述的，包括光学模块以外的部分。样品臂和参考臂的光分别返回至分束器/光束组合器224.1、224.2的光进行干涉，然后分别测量两个分支中的强度。可选地，每个分支可包括参考图14所描述的强度参考结构。最后，对于每个分支，由光源201产生的光的一部分被分流(在图16中，将小部分光分流出去的分束分流器由231.1、232.2表示)，且每一分支的强度探测方法包括两个强度探测器221.1、221.2；221.3、221.4。该部分光从主光束的分流可在分束器(如所示那样)的上游进行，或者也可以在每一分支的分束器的下游进行。
在图16中，附图标记250示意性地示出了探测装置。还是图6-如其他实施例那样-探测可基于平衡外差探测装置。最后，光学循环器可以例如出现在分束器251和每个分束器/光束组合器224,1、224.2之间。
图16所示的实施例中，所示位于壳体241(就像前述实施例那样具有光学和电馈通)中的部件可位于公共支座上，并可与公共热电致冷器热接触。
在所有包括用于波长计的分流器和至少一个用于强度参考的分流器的实施例中，分流器相对于主光路的顺序可相反于所述实施例。
在所有实施例中，监测器(如果存在的话)和/或探测器(如果存在的话)不必须为光电二极管，而是也可以为其他适合用于光强度探测的探测器。
在将干涉计的一部分集成到光学模块内的实施例中(例如图6和图14-16中描述的实施例)，提供光学隔离器是有益的。在这种实施例中，如果缺少光学隔离器，来自样品和参考臂的反射会返回到扫频源激光器中。这些实施例的具有平衡探测装置的光学循环器充当了这种光学隔离器，使光入射到端口II而没有传输到端口III的光。对于不具有光学循环器的实施例，或除光学循环器外，根据这些反射的功率等级，优选还集成光学隔离器以保护扫频源激光器。该光学隔离器可放置在例如光源201和分束器/光束组合器224之间。光学隔离器，诸如光学循环器，可以基于法拉第旋转器的原理。
也可以使用波导技术，例如光子光波回路PLC，来提供参考图11-16所描述的光学模块的功能。
虽然此处描述了本发明的许多实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，可不背离本发明由所附权利要求限定的精神和范围而做出各种改变。

Claims (20)

1.一种光学模块，包括位于光学模块壳体(115)中的光源(201)以及能够控制光源(201)和/或分析来自光学模块探测装置的信号的电子单元，该模块还包括波长计(208)，该波长计(208)包括：
-波长计分流器(202)，能够将该光源(201)产生的光的波长计部分分离于主光束，
-波长选择滤波器(204)，配置为接收该波长计部分，
-第一波长计探测器(206)，配置为测量透射穿过该滤波器的射线的透射射线强度，以及
-第二波长计探测器(207)，配置为测量未透射穿过该滤波器的射线的未透射射线强度；
其中所述光源(201)为第一类型光源或第二类型光源，所述第一类型光源包括：
-光学模块壳体(115)，具有至少一个光学馈通(116)和多个电馈通(119)，
-半导体增益器件(121)，可操作地提供光放大；
-波长选择器(103，104)，以及；
-光转向器(106，107)；
增益器件(121)、光转向器(106，107)和波长选择器(103，104)共同配置在光学模块壳体(115)中，以建立多模式谐振腔，用于由增益器件(121)发射以及由波长选择器(103，104)选择的光部分；
其中该谐振腔为外腔激光器谐振腔，所述谐振腔包括光学延迟器件，该延迟器件包括块体材料，该块体材料内具有明确光路长度的光路，该光路被限定为用于由增益器件(121)产生并在谐振腔内循环的光；以及
-其中谐振腔的一个端部反射器(110)是部分透射的，并且其中透射穿过该端部反射器(110)的光被至少部分地导向穿过光学馈通(116)而射出；
所述第二类型光源包括：
-半导体增益器件(121)，可操作地提供光放大；
-光学延迟器件(100,118,122,123)，该延迟器件包括块体材料，该块体材料内具有明确光路长度的光路，该光路被限定为用于由增益器件(121)产生的光；
-波长选择器(103,104)；以及
-基底；
增益器件(121)，延迟器件(100,118,122,123)和波长选择器(103,104)共同配置在基底(113)上，以建立谐振腔，用于由增益器件(121)发射以及由波长选择器(103,104)选择的光部分；
其中延迟器件(100,118,122,123)中的光路为谐振腔的光路的一部分；以及
其中所述第一类型光源和第二类型光源具有以下特征中的至少一个：
-所述延迟器件中的光学光路的长度构成光学谐振腔长度的至少30％；以及
-所述延迟器件具有多个平坦的面，该多个平坦的面包括相互之间呈锐角的面，其中至少两个面为至少部分反射性的，且将从主体内部入射到该至少部分反射性的面上的光再反射回主体内，且其中该主体被设计并配置在谐振腔内，从而使谐振腔内的光路垂直于非反射性入口和出口端部面，并与其入射的反射性面部分不垂直。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其中该电子单元被配置为用于比较和分析该第一波长计探测器和该第二波长计探测器(206,207)的信号，其中信号的分析包括计算(IT－IR)/(IT+IR)的值，其中IT为由第一波长计探测器(206)测得的强度，IR为由第二波长计探测器(207)测得的强度。
3.根据权利要求2所述的光学模块，其中该电子单元包括时钟，该时钟可操作地触发该第一波长计探测器和第二波长计探测器信号的取样。
4.根据权利要求3所述的光学模块，还包括所期望的信号强度探测器(221)，该时钟还可被操作为触发来自该所期望的信号强度探测器(221)的信号的取样。
5.根据权利要求1所述的光学模块，还包括基于平衡外差探测的DC信号偏移补偿。
6.根据权利要求1所述的光学模块，还包括分束器/光束组合器(224)以及所期望的信号强度探测器(221)，该分束器/光束组合器(224)能够被操作为将主光束分成样品臂和参考臂并合并从该样品臂和该参考臂返回的光部分，并将该合并、干涉的光部分导向至所期望的信号强度探测器(221)。
7.根据权利要求6所述的光学模块，还包括位于模块壳体(115)内的所述参考臂，所述参考臂具有光反射和/或光导装置，以使来自分束器/光束组合器的参考光束在具有限定光学长度的光路上返回分束器/光束组合器。
8.根据权利要求1所述的光学模块，还包括主光束分束器(251)，用于将主光束分成两束部分光束，对于每一部分光束对应一个分束器/光束组合器和一个所期望的信号强度探测器，每个分束器/光束组合器能够被操作为将各自的部分光束分成样品臂和参考臂并合并从该样品臂和该参考臂返回的光部分，并将该合并、干涉的光部分导向至各自的所期望的信号强度探测器。
9.根据权利要求1所述的光学模块，其中壳体中的所述光源(201)为所述第一类型的光源，所述光源包括公共热电致冷器(114)，与至少半导体增益器件(121)和波长选择器(103,104)热接触，或其中壳体中的所述光源(201)为所述第二类型的光源，所述光源包括连接并热耦合到所述基底(113)的热电致冷器(114)。
10.根据权利要求1所述的光学模块，其中波长选择器包括MEMS可移动器件(103)。
11.根据权利要求10所述的光学模块，其中波长选择器包括MEMS镜(103)和衍射光栅(104)，该MEMS镜(103)可操作地扫描光束在衍射光栅(104)上的入射角，或其中该波长选择器(103)包括集成的MEMS光栅-镜器件(103)。
12.根据权利要求11所述的光学模块，其中该衍射光栅(104)或集成的MEMS光栅-镜器件(103)分别限定谐振腔的一个端面。
13.根据权利要求1所述的光学模块，其中该半导体增益器件(121)为半导体放大器。
14.根据权利要求13所述的光学模块，其中该半导体增益器件(121)为反射性半导体放大器。
15.根据权利要求14所述的光学模块，其中该反射性半导体放大器的反射性涂层为谐振腔的端镜。
16.根据权利要求15所述的光学模块，其中该谐振腔的端镜为谐振腔的输出耦合镜。
17.根据权利要求1所述的光学模块，还包括光学耦合到谐振腔的输出部分的光纤(109)。
18.根据权利要求1所述的光学模块，其中该波长计分流器(202)、该波长选择滤波器(204)、该第一波长计探测器(206)和该第二波长计探测器(207)配置在该模块壳体(115)中。
19.根据权利要求11所述的光学模块，其中该光栅为啁啾光栅。
20.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述延迟器件包括至少一个定向耦合器。
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