スーパールミネッセント・ダイオード（SLD）は、発光ダイオード（LED）とレーザーダイオード（LD）の長所を融合させた、画期的で先進的な半導体技術です。SLDは、LEDと同様に低コヒーレンスで広いスペクトルを持つ光を発するように設計されているだけでなく、レーザーダイオードに典型的に見られる高い輝度も備えています。こうした特性の組み合わせにより、SLDは様々な産業、特に光センシング、医療用画像処理、通信などの分野で非常に汎用性と価値の高い製品となっています。
SLDは、高出力を維持しながら安定した広帯域光を提供できることから、様々な精密用途における頼りになる光源となっています。この包括的な概要では、SLDのユニークな特徴、動作原理、そして幅広い用途について解説します。
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、自然放出と呼ばれるプロセスによって光を発する半導体デバイスです。発光ダイオード（LED）に似ていますが、輝度が大幅に向上しています。SLDから発せられる光は、狭い活性層から放出されるため、光ファイバーへの効率的な結合が可能で、特に光ファイバー用途に適しています。
SLDは通常、非コヒーレント光源として使用されます。つまり、低コヒーレンスな光を放射するため、光干渉断層撮影（OCT）や光ファイバージャイロスコープなどの用途には不可欠です。この低コヒーレンスは干渉パターンを最小限に抑え、イメージングシステムやセンシングシステムにおいてよりクリーンで高精度な信号を生成するため、有用です。
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?
SLDの動作メカニズムは、LEDとレーザーダイオードの中間に位置します。これら2つのデバイスと同様に、SLDはPN接合（半導体内の正負の電荷キャリアが出会う領域）を基盤としています。PN接合に順方向電流を流すと、接合は光学的に活性となり、増幅された自然放出光によって光を生成します。
しかし、レーザーダイオードとは異なり、SLDはレーザーダイオードに見られる光フィードバック機構を持たないため、レーザー発振は実現しません。レーザーダイオードでは、ミラーまたは反射面がフィードバックを提供し、光を増幅してコヒーレントな単色光を放射します。一方、SLDはレーザー発振を防ぐのに十分なフィードバックを持たないように設計されています。代わりに、導波路内で発生する自然放出光を増幅し、広帯域で低コヒーレンスな光を放射します。
SLD には光フィードバックがないため、放射される光のスペクトルが広く、コヒーレンス長が短くなり、さまざまな精密測定アプリケーションに役立ちます。
スーパールミネッセントダイオードの主な特性
SLD の動作を定義するいくつかの重要な特性があり、それらは SLD をユニークな光源として際立たせています。
- 広帯域発光：SLDは、通常単一の狭い波長で発光するレーザーダイオードとは異なり、広い波長範囲にわたって光を放射します。この広いスペクトルにより、SLDはOCTなど、高い軸方向分解能が求められる用途に適しています。
- 高輝度：SLDはコヒーレンスが低いにもかかわらず、高輝度の光を放射します。そのため、光ファイバーへの光の結合や、高輝度光源が必要な用途に最適です。
- 低いコヒーレンス長: SLD はコヒーレンス長が短いため、干渉計などのシステムで測定を歪める可能性のある干渉効果を低減するのに優れています。
- 高い安定性: SLD は高い安定性で知られており、光ファイバー ジャイロスコープや医療用画像システムなどの要求の厳しいアプリケーションで長期使用しても信頼性の高い光源となります。
- レーザー発振動作なし：レーザーダイオードはコヒーレント光を生成するために光フィードバックを必要としますが、SLDはこれを回避するよう特別に設計されています。レーザー発振動作がないため、狭いスペクトル線の形成が抑制され、放射光は広帯域かつ非コヒーレントな状態を維持します。
スーパールミネッセントダイオードの動作原理
SLDは、半導体レーザー材料の高い光学利得とLEDの特性である広い光学スペクトルを組み合わせることで機能します。導波路に沿った自然放出光の単一パスでの大きな増幅により、SLDはレーザー発振することなく高出力を得ることができます。この独自の特性の組み合わせにより、SLDは強力な広帯域光源として機能し、高輝度と広いスペクトル範囲の両方が求められる用途に最適です。
SLD はレーザーに依存しないため、広いスペクトルにわたって光を生成できます。これは、高い空間分解能を実現するために広いスペクトルが必要となる白色光干渉法などのアプリケーションには不可欠です。
スーパールミネッセントダイオードの応用
SLDは、高輝度と低コヒーレンス性を兼ね備えた高精度光源を必要とする様々なハイテク用途に使用されています。以下は、SLDの最も一般的な用途の一部です。
- 光干渉断層撮影（OCT）
OCTは、主に医療診断、特に眼科で使用される非侵襲性イメージング技術です。OCTでは、SLD（Serial Deposition Laser：空間光散乱）が、生物組織の高解像度の断層画像を生成するために必要な広帯域かつ低コヒーレンスの光を提供します。SLDの広いスペクトル帯域幅は、網膜などの組織の微細構造を可視化するために不可欠な高い軸方向分解能を可能にします。
- 光ファイバージャイロスコープ
SLDは、角速度と回転を測定する光ファイバージャイロスコープの光源として使用されます。これらのジャイロスコープは、航空機や宇宙船のナビゲーションシステムなどの用途に不可欠です。SLDの低コヒーレンスは干渉の影響を低減し、ジャイロスコープの精度を向上させます。
- 白色光干渉法
SLDは、材料の表面形状や厚さを測定する技術である白色光干渉法に最適です。このアプリケーションでは、SLDの広いスペクトル出力を利用して干渉縞を生成し、表面粗さやその他の寸法特性を正確に測定することができます。
- 光ファイバーセンサー
SLDは、温度、圧力、歪みなど、様々な物理パラメータを測定する光ファイバーセンサーに使用されます。SLDは高輝度と低コヒーレンスを特徴としており、高精度で信頼性の高い測定が求められるセンサーシステムに最適です。
- 通信
通信分野において、SLDは光ファイバーリンクテストや波長分割多重パッシブ光ネットワーク（WDM-PON）などの用途で広帯域スペクトル光源を必要とするシステムに使用されています。SLDの高出力と広帯域スペクトル出力は、光ファイバー通信システムの信頼性確保に不可欠なツールとなっています。
Inphenix: SLDテクノロジーの先駆者
米国に拠点を置くInphenix Inc.は、スーパールミネッセント・ダイオード（SLD）を含むレーザーおよび光源のリーディングカンパニーです。医療、通信、センシング、計測といった分野における幅広い先進的な発光製品を設計・製造しています。Inphenixのポートフォリオには、SLD、スウェプトソースレーザー、半導体光増幅器、広帯域光源などが含まれており、いずれも最先端技術の重要なコンポーネントとなっています。
Inphenixの製品は、最高水準の性能と信頼性を満たすように設計されており、要求の厳しいアプリケーションに最適です。同社のSLDは、高出力、広いスペクトル幅、そして安定性で知られており、最も過酷な環境でも優れた性能を発揮します。
結論
スーパールミネッセント・ダイオード（SLD）は、幅広い精密測定・センシング用途に不可欠な、独自の特性を備えています。高輝度、広いスペクトル幅、低コヒーレンス性を備えたSLDは、高コヒーレンス光による干渉パターンが生じない、安定した広帯域発光を必要とするシステムに最適な光源です。OCT、光ファイバージャイロスコープ、通信システムなど、SLDは現代の光学技術の進化において重要な役割を果たし続けています。
Inphenixのような企業が革新を続け、SLDの限界を押し広げていくにつれ、この多用途光源の潜在的な用途はさらに拡大すると予想されます。SLDは、その優れたパワー、精度、そして信頼性により、光センシングと計測の未来において重要な技術であり続けるでしょう。
