スーパールミネッセントダイオード（SLD）は、光導波路に埋め込まれたPN接合を中心として構築された高出力LEDです。順方向に電気的にバイアスすると、光利得を示し、広い波長範囲にわたって増幅された自然放出光（ASP）を生成します。SLD光源は、レーザーダイオードと同等の出力、LED（発光ダイオード）の広い発振スペクトル幅、そして低いコヒーレンス性を備えています。
スーパールミネッセントダイオードは、発光ダイオード（LED）とレーザーダイオードのギャップを埋めることができるデバイスの一種です。増幅された自然放出光に基づく光生成方法は、光源の強力なビームと光の効率的な利用を促進します。同時に、光の低い時間コヒーレンスにより、光干渉断層撮影（OCT）などの用途では望ましくない干渉効果が低減されます
このブログでは、スーパールミネッセントダイオード（SLD）の定義、特徴、特性、そして動作原理について詳しく解説します。まずは、スーパールミネッセントダイオードとは何かから見ていきましょう。
スーパールミネッセントダイオード (SLD) とは何ですか?
スーパールミネッセントダイオードは、端面発光型半導体光源です。発光ダイオード（LED）とレーザーダイオードのギャップを埋め、両方の技術の特徴を融合させたデバイスです。
スーパールミネッセントダイオードは、導波路に沿って発生する自然放出光に対して高いシングルパス増幅を提供するように設計されています。しかし、レーザーダイオードとは異なり、レーザー発振を行うのに十分なフィードバックを持たないため、低コヒーレンスで広いスペクトルの光を放射します。
SLDは1970年代初頭に、光ファイバーに接続可能な低時間コヒーレンスエミッターの製造を目的として、ヒ素材料系で初めて開発されました。当時の半導体エミッターはダブルヘテロ構造デバイスとして設計され、導波路にはレーザー発振を防ぐための反射防止コーティングが施されていました。
特に青紫色スペクトルにおける最初の窒化物系SLDの開発は、この分野における広範な研究と急速な成長を促しました。この画期的な進歩により、高密度光ストレージからバイオメディカルイメージングに至るまで、青紫色SLDの幅広い用途への道が開かれました。
それでは、スーパールミネッセントダイオードの特性に関するセクションに移りましょう。
スーパールミネッセントダイオードの特性
- 電流制限デバイス：SLDから放出される光出力は駆動電流に比例します。レーザーダイオードはレーザー発振閾値で急激に強度が増加するのに対し、SLDは電流の増加に伴って強度が徐々に増加するため、LEDに近い動作を示します。
- 残留スペクトル変調：この特性は、SLDのファセットからの反射がゼロではないために発生し、寄生ファブリ・ペロー変調を引き起こします。この変調は通常は最小限ですが、SLDを理想的なインコヒーレント光源と区別する特徴です。
- パワーとスペクトル：SLDは、レーザーダイオードに特有の高出力と高輝度と、LEDに似た広い光スペクトルを兼ね備えています。この独自の組み合わせにより、両方の技術の利点を1つのデバイスで実現しています。
- 外部フィードバックに対する高い感度：SLDは活性領域で高い光利得を示すため、外部からの光フィードバックに対して特に敏感です。これは、様々なアプリケーションにおける安定性と性能に影響を与える可能性があります。
- 反射防止コーティング (AR) : レーザー ダイオードと同様に、SLD は多くの場合、チップのファセットに完全な AR コーティングが施されており、不要な反射を抑えてレーザー動作を防ぎ、広帯域スペクトルの放射を保証します。
- 安定した光パワーと波長: SLD はレーザー ダイオードに匹敵する光パワー レベルを維持し、極端な温度変化やデバイスの経年劣化があっても放射波長が安定しているため、長期的な信頼性が確保されます。
これら6つの卓越した特性により、SLDは様々な用途に最適な光源となっています。それでは、スーパールミネッセンス・レーザーダイオードの仕組みについて見ていきましょう。
スーパールミネッセントダイオードはどのように動作するのでしょうか?
レーザーダイオードと同様に、超高輝度LEDは、光学的に活性となるpn接合に印加される電気駆動を利用しています。順方向にバイアスをかけると、この接合は広い波長範囲にわたって増幅された発光を生成します。SLEDの発光波長と強度は、活性材料の組成と注入電流のレベルによって決まります。高出力を得るために、SLEDはレーザー発振には至りませんが、導波路に沿って自然放出光を単一パスで増幅します。
順方向電圧が印加されると、活性領域に注入電流が発生します。電流はp型セクションから活性領域を通り、n型セクションへと流れます。この過程で、正電荷キャリア（ホール）と負電荷キャリア（電子）の自発的かつランダムな再結合によって光が生成されます。この光はSLEDの導波路に沿って伝播するにつれてさらに増幅され、全体の発光に寄与します。
ここで、超発光レーザーダイオードの最も重要な機能のいくつかを見てみましょう。
スーパールミネッセントダイオードの特徴
- スーパールミネッセントダイオードは高出力、広帯域の光源であり、さまざまな用途に最適です。
- SLD は広い光帯域幅を提供し、多目的光源として機能します。
- 高い空間コヒーレンスを備えた超発光レーザーダイオードは、シングルモード光ファイバーに効率的に結合できます。
- SLD を使用すると、シングルモード (SM) または偏波保持 (PM) ファイバーで高出力を簡単に実現できます。
これらは、スーパールミネッセント ダイオードとその動作方法の注目すべき機能と特性の一部です。
結論として、スーパールミネッセントダイオードは、窒化物光電子デバイスの中でも最新かつ最も有望な分野の一つであり、その開発は光電子市場において着実に勢いを増しています。その独自の特性により、優れたビーム品質と低コヒーレンス性の両方が求められる特定の用途において、スーパールミネッセントダイオードは不可欠な存在となっています。
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