VCSEL for an Interferometric Glucose Sensor

Abstract

Overordnet, var målet med denne oppgaven å evaluere muligheten for å anvende den vertikal-kavitet overflate-emitterende laseren (VCSEL) som lyskilde for GlucoSet sitt sensorsystem med den hensikt å redusere kostnad og størrelse. I tillegg til å vise vei for et miniatyrisert system for en bærbar enhet.

Utvidelsen av tuningbredden som er gjort mulig av nye fremskritt i den gryende teknologien for tunbare VCSELer, åpner opp en spennende mulighet for GlucoSet sin interferometriske sensor. Likevel, kreves det et arbeid for å tilpasse det begrenset utvalget av eksisterende produkter til denne anvendelsen.

Simulering demonstrerte i første stadiet av dette arbeidet, at signalekstraksjon av absolutt- og relativlengdemålet var mulig med to separerte spektral bånd. Videre, at gitt en begrenset tuningbredde vil separasjon til to bånd være fordelaktig. Eksperimentelt arbeid lykkes med signalekstraksjon for to VCSELer av tuningbredde 9 og 8 nm separert av et spektral gap på 18 nm. Disse resultatene ble bekreftet mot et eksisterende system med en bekreftet og pålitelig lyskilde.

Dette arbeidet beviser muligheten for et VCSEL-basert system. Videre, stipulerer arbeidet en vei fremover ved å sette kravspesifikasjoner hva angår tuningbredde, antall datapunkter og antall bånd for implementering av enhver ny lyskilde. Hvis en tunbar laser velges, vil påliteligheten til absoluttlengdemålet kreve en tuningbredde på omtrent en periode på interferogramet. Hvis diskret laser dioder velges, vil påliteligheten til både absolutt- og relativlengdemålet kreve omtrent 32 laser dioder. Til slutt, spektral gruppering av laser diodene i to bånd foretrekkes fremfor et enkelt bånd.

The main goal of this thesis was to evaluate the possibility of using the vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) as a light source in order to reduce size and cost of the GlucoSet sensor system. In addition, to paving the way for a miniaturized system for a wearable device. The extension of tuning range made possible by recent innovation in the nascent technology of tunable VCSELs, provides an exciting opportunity for the GlucoSet interferometric sensor. However, an effort is required to accommodate the limited available existing products to this application.

As the first stage of this work, simulation demonstrated that signal extraction of the absolute and relative length was possible with two separate spectral bands. Moreover, given a limited tuning range the separation into two bands is preferable to one. Experimental work successfully demonstrated signal extraction using two cutting-edge VCSELs of tuning range 9 and 8 nm separated by a spectral gap of 18 nm. These results were verified against the current system based on a trusted light source.

This work constitutes a proof of concept of a VCSEL-based system for the GlucoSet sensor. Furthermore, this work stipulates a way forward by setting a tuning range, spectrum size and band requirement for any implementation of a new light source. If a tunable laser is selected, reliability of the absolute length estimate requires a tuning range of approximately one period of the interferogram. If discrete laser diodes are selected, reliability of both the absolute and relative length estimates require about 32 laser diodes. Finally, it is preferable to spectrally group the laser diodes into two separated bands instead of one single band.