近视是一种常见的眼部疾病，通常分为屈光近视（假性近视）和轴性近视（病理性近视）。假性近视会随着时间的推移自然痊愈，或者通过药物治疗得以恢复。轴性近视主要是由眼底异常扩张引起的，还可能引起一些严重的并发症，包括巩膜葡萄肿、青光眼和近视性黄斑变性等，更严重的可能会导致失明。
轴性近视的病理阶段需要通过测量角膜表面和视网膜之间的轴长来诊断。目前，除了低浓度剂量阿托品（0.01%）在抑制学龄儿童的轴向长度方面有过少数的有效证明报道之外，至今还未发现能够治疗轴性近视的有效方法或药物。因此在医疗诊断上尽早区分轴性近视和屈光近视是至关重要的。
轴性近视的眼部结构示意图，轴向长度的异常延长导致病理性近视的发生
从卫生角度来看，在对大量人群进行眼部症状检查时，最好对轴向长度进行光学测量。基于光学相干断层扫描（OCT）的眼底检查，是一种高效且可视化的检测方法。与超声或X射线计算机断层扫描（X-Ray CT）所提供的成像视觉信息类似，OCT成像分辨率可达几微米，比超声成像精确度更高。由于OCT依赖于红外光，不受有害辐射影响，因此更适合于临床和生物应用。
据麦姆斯咨询报道，近期，日本Santec公司、东京工业大学、东京大学工业科学研究所共同提出了一种基于MEMS的波长可调谐垂直面发射激光器（VCSEL），可用于实现长工作距离OCT成像，不但可以测量眼部特征，还能够进行表面轮廓、激光测距等非接触式测量。
基于MEMS的波长可调谐VCSEL结构
静电驱动的MEMS微镜结构
Fabry-Perot干涉仪MEMS微镜的设计参数
上述研究展示的波长可调谐VCSEL通过芯片键合（die-bonding）技术将半腔InGaAs/GaAs激光二极管（LD）集成于SOI MEMS芯片，该芯片上构建的MEMS微镜用作法布里-珀罗（Fabry-Perot）干涉仪，能够实现单模宽波长扫描功能。这款VCSEL的中心波长为1050nm，波长可调谐范围为89nm，典型输出功率为1.5mW，注入电流为8mA。由于腔长短，集成的可调谐LD具有单模特性，且相干长度超过150m，因此MEMS可调谐VCSEL可执行较大深度的OCT扫描成像，非常适合作为波长扫描OCT（SS-OCT）系统的光源，医生可以借助该OCT系统，在25ms内快速测量眼轴长度，以此诊断病理性近视。
人类眼球OCT成像：（a）单镜头OCT全景图像；（b）前房和晶状体近距离图像；（c）视网膜近距离图像。
基于MEMS可调谐VCSEL的SS-OCT系统不仅可用于眼部检测这类短工作距离的成像测量，还可用于较长工作距离的成像测量。由于其相干长度超过150m，因此可实现对较大物体的测量，且不会受到相干恢复的影响。下图为该系统对目标物体的三维轮廓重构图像。研究证明了该团队开发的SS-OCT系统还可用于表面轮廓测量和激光测距等其它应用。
长工作距离OCT三维剖面测量：（a）目标物体放置在距SS-OCT系统50cm处；（b）目标物体彩色三维剖面图。
该项目研究成果已发表于JOURNAL OF OPTICAL MICROSYSTEMS，题目为《MEMS-VCSEL as a tunable light source for OCT imaging of long working distance》。
论文信息：
https://doi.org/10.1117/1.JOM.1.3.034503
延伸阅读：
《传感应用的VCSEL技术及市场-2021版》
