SLEDのピーク波長と強度は、活性材料の組成と注入電流の強さによって影響を受けます。SLEDはレーザーダイオードとは異なり、導波路に沿って発生する自然放出光を強力なシングルパス増幅で増幅しますが、レーザー発振に必要なフィードバックは不十分です。
発光ダイオード（LED）とレーザーダイオードの間の隙間を埋めることができる技術の一つが、スーパールミネッセントダイオードです。光源のビームを集中させ、光を効率的に利用するために、自然放出光を増加させる技術が採用されています。
このブログでは、SLED が LD や LED とどう違うのかを説明します。
スーパールミネッセントダイオードとは何ですか?
スーパールミネッセントダイオード（SLD）は、スーパールミネッセントエッジ状態で光を発する半導体デバイスです。レーザーダイオードとは異なり、スーパールミネッセントダイオードはレーザー発振を維持するのに十分なフィードバックを有していませんが、導波路に沿って発生する自然放出光を強力なシングルパス増幅で増幅するように設計されています。
SLDは1970年代にセレン化物材料系において初めて開発され、光ファイバーに容易に結合可能な、時間的コヒーレンスが低いエミッターの製造を目的としていました。当時、SLDの波長は反射防止コーティングを用いて制御され、半導体エミッターはダブルヘテロ構造型で構築されていました。
LED、LED、SLED の違いと類似点について見ていきましょう。
LD、LED、SLEDの違いと類似点
超高輝度発光ダイオード（SLED）、レーザーダイオード（LD）、発光ダイオード（LED）の違いと類似性は、広帯域半導体デバイスの重要な特性を明らかにしています。SLEDは、よりよく知られている他のダイオードと密接に関連しており、これら3つのデバイスはすべて電流注入によって発光します。構造的には、いずれも正（p）ドープ領域と負（n）ドープ領域で構成されており、これらが動作に寄与しています。
スーパールミネッセント発光ダイオード（SLED）は、電荷注入によって広帯域スペクトルの光を生成する半導体の一種です。LDと同様に鋭いレーザービームを持つバンドパス光を生成すると同時に、LEDと同様に広帯域の光線も放射します。そのため、SLEDはLDとLEDの両方の特徴を兼ね備え、ビーム状の出力を生成する広帯域半導体レーザーと見なすことができます。
「広帯域」という用語は、SLEDが生成する光の波長範囲、つまり周波数範囲の広さを指します。この特性はフーリエ級数によって分析することができ、SLEDの固有の特性は周波数応答と関連しています。特徴空間の観点から見ると、広い周波数応答を持つ光源は、多くの場合、狭帯域であるか、コヒーレンス長が短いです。このように、SLEDはインコヒーレントなレーザーダイオードと考えることができます。
しかし、ある光源からの光は、別の光源からの光、あるいは同じ光源からの光と、そのコヒーレンス長の範囲内でしか相互作用できません。干渉する光波間の光路差が光のカットオフ波長よりも小さい場合、光波は完全に平坦ではない表面で反射し、スペックル（斑点）を形成します。これらのランダムな白と黒の干渉縞はノイズとみなされます。
対照的に、狭帯域レーザーダイオードはコヒーレンス長が長いため、スペックルノイズが低く抑えられます。一方、SLEDはコヒーレンス長が短いため、イメージング用途においてスペックルノイズや干渉ノイズを大幅に低減します。生産性向上と優れたコヒーレンス性能により、SLEDは様々な用途、特にスペックル低減が不可欠な用途において、最適な光源となっています。例えば、コヒーレンス長がマイクロメートル単位の広帯域SLEDは、マルチビーム写真などの分野で用いられ、イメージング機器に必要な軸方向分解能を提供します。
SLED、LED、LDの簡単な比較
| 特徴 | 導かれた | そり | LD |
|---|---|---|---|
| 光発生の原理 | 自然放出 | 増幅自然放出 | 誘導放出 |
| 光スペクトル | ブロードバンド | ブロードバンド | 狭帯域または多重ファブリペローモード |
| 総光出力 | 中くらい | 中くらい | 高い |
| 光パワー密度 | 低い | 中くらい | 高い |
| 光放射率 | いいえ | はい | はい |
| 光導波路 | 全方向 | 発散限界 | 多様性制限 |
| 空間の一貫性 | 低い | 高い | 高い |
| シングルモードファイバーへの結合 | 貧しい | 効率的 | 効率的 |
| 時間的一貫性 | 低い | 低い | 高い |
| スペックルノイズの発生 | 低い | 低い | 高い |
| 分極状態 | ランダム | リニア | リニア |
以上がLD、LED、SLEDの相違点と類似点です。SLEDは優れた特性を持つため、優れたビーム品質と低コヒーレンス性が求められる様々な用途に不可欠です。SLEDは、光干渉断層撮影（OCT）、光ファイバーセンシング、様々なイメージング技術といった分野において独自の利点を有しており、様々な業界で高い汎用性を発揮します。このブログをお読みいただくことで、LD、LED、SLED、特にそれぞれの用途と機能についてご理解を深めていただければ幸いです。
Inphenixは、米国に拠点を置くレーザーおよび光源メーカーであり、高度な光学部品の設計・製造を専門としています。当社の製品は、通信からバイオメディカルイメージングまで、様々な業界で広く使用されています。高品質なレーザーおよび光源製品に関する詳細については、お気軽にお問い合わせください。
