光源やレーザー業界に携わる方であれば、スーパールミネッセントダイオード（SSLD）光源とその多様な用途についてよくご存知でしょう。これらのダイオードは、その独自の特性から、イメージング用途において第一選択肢となることがよくあります。しかし、業界に不慣れな方でも、SSLDの重要性はすぐに理解できるでしょう。
この記事では、スーパールミネッセントダイオードとは何か、その顕著な特性、そしてなぜイメージングアプリケーションにおいて好まれるのかを探ります。イメージングアプリケーションとの関係を詳しく検討する前に、スーパールミネッセントダイオードとは何か、そしてレーザーダイオード（LD）や発光ダイオード（LED）との違いや関連性について理解することが重要です。
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ス・ダイオード（SLD）またはスーパールミネッセンス発光ダイオード（SLED）は、スーパールミネッセンスの原理に基づいて動作する端面発光型半導体光源です。簡単に言えば、SLDはスーパールミネッセンスに基づく広帯域半導体光源です。レーザーダイオードとLEDの特性を兼ね備え、高輝度で広い発光スペクトルを提供するため、高出力と低コヒーレンスの両方が求められる用途に適しています。
SLD は LD や LED とどう違うのでしょうか?
スーパールミネッセントダイオード、LD、LED は同じ「ファミリー」に属していますが、その動作と特性には大きな違いがあります。
- レーザーダイオード（LD）： LDでは、光導波路と反射面からなるレーザー共振器が形成され、光の方向を定めるのに不可欠です。狭帯域出力は増幅誘導放出によって得られます。増幅誘導放出とは、共振器内を複数回通過することで光波が互いに強め合い、高いコヒーレント性と集束性を持つビームを形成する現象です。
- 発光ダイオード（LED）： LEDは増幅利得がゼロで、発光は自然放出のみによって行われます。自然放出では、電子が正孔と再結合し、光子の形でエネルギーが放出されます。このプロセスにより、幅広い光スペクトルが得られますが、レーザーダイオードに見られるようなコヒーレンスと指向性はありません。
- スーパールミネッセント・ダイオード（SLD）： SLDでは、レーザーダイオードで必要とされる複数回の往復とは異なり、導波路を用いて増幅された自然放出光を1回の通過で利用します。この設計により、SLDは低いコヒーレンス性を維持しながら、高出力で広いスペクトルの光を生成できるため、広帯域と低スペックルが不可欠な光干渉断層撮影（OCT）などの用途に適しています。
スーパールミネッセントダイオードがイメージングアプリケーションに最適な選択肢となる理由は何ですか?
スーパールミネッセント ダイオード (SLD) がイメージング アプリケーションに最適な選択肢となる主な特性は次のとおりです。
- 短い時間的コヒーレンス: SLD はコヒーレンス長が短いため、イメージングにおけるスペックル ノイズが低減され、光コヒーレンス断層撮影 (OCT) などのアプリケーションでより鮮明な画像が得られます。
- シングルモード ファイバーへの効率的な結合: SLD の設計により、光をシングルモード ファイバーに効率的に結合できるため、強度の損失が最小限に抑えられ、長距離でも信号の整合性が維持されます。
- 発散限界光放射： SLDは、他の光源と比較して発散が少ない、つまりコリメートされた光を放射します。この特性により、対象領域に光をより効果的に集光し、画質を向上させます。
- 広帯域光スペクトル: SLD は、高解像度と深度情報を必要とする画像処理アプリケーションに不可欠な広範囲の波長にわたる光を生成し、生物組織の詳細な構造分析を可能にします。
- 光導波路の存在:光導波路を組み込むことでダイオード内での効率的な光伝播が可能になり、損失を最小限に抑えながら光出力を最大化することで全体的なパフォーマンスが向上します。
- 直線偏光状態: SLD は多くの場合直線偏光を生成します。これは、撮影した画像のコントラストと鮮明さを向上させるために偏光を利用する特定の画像化技術で役立ちます。
- 増幅自然放出光:このメカニズムにより、SLD はレーザー光のコヒーレンスなしで高出力を実現でき、さまざまなアプリケーションで正確かつ詳細な画像化に不可欠な高輝度と広いスペクトル範囲の利点が得られます。
短い時間的コヒーレンスは、スペックルノイズや干渉ノイズの低減に役立ちます。その応用例の一つが光干渉断層撮影（OCT）です。OCTでは、高解像度のリアルタイム断面画像を生成するために、スペックルノイズや干渉ノイズを最小限に抑える必要があります。これは医療画像診断において極めて重要であり、特に網膜構造の可視化においては、正確な診断と治療計画のために鮮明さと精度が極めて重要です。ノイズを最小限に抑えることで、OCTはより鮮明な画像を提供し、緑内障や黄斑変性などの病態をより正確に評価できるようになります。
SLDは光ファイバージャイロスコープの製造にも非常に有用です。ジャイロスコープは、ナビゲーションシステム、衛星システム、航空宇宙分野で回転角度の測定によく使用されます。これらのデバイスは、角運動量とコリオリの力の原理を利用して方向の変化を検出します。ジャイロスコープは、物体の動きと位置に関するリアルタイムデータを提供できるため、画像化技術の一種でもあり、ドローンや自律走行車を含む様々な技術における慣性航法や安定化といった用途に不可欠です。
SLDの時間的コヒーレンスが短いため、橋梁などの荷重や振動の測定にも最適です。この特性により、構造健全性の経時的な微細変化を正確に検出できます。また、吊り橋や高層ビルなど、様々な構造物の温度測定にも利用されています。温度変化を監視することで、エンジニアはこれらの構造物の安全性と寿命を維持するために不可欠な熱膨張と収縮を評価できます。
結論
増幅された自然放出光と短い時間的コヒーレンスは、スーパールミネッセントダイオード（SLD）がイメージング用途に最適な選択肢となる2つの重要な特性です。増幅された自然放出光は広い光スペクトルを提供し、画質と解像度を向上させます。また、短い時間的コヒーレンスはスペックルと干渉ノイズを最小限に抑えます。これらの特性を組み合わせることで、SLDは医療用イメージングや構造モニタリングなど、様々な分野で高性能な結果をもたらします。
Inphenixは、米国カリフォルニア州に本社を置く、著名なレーザーおよび光源メーカーです。スーパールミネッセントダイオードに加え、半導体光増幅器、分布帰還型レーザー（DFB）、スウェプトソースレーザー、広帯域光源、ファブリペロー（FP）レーザー、垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）など、幅広いレーザーおよび光源を提供しています。これらの製品は、通信、医療用画像、センシング技術など、様々な用途で利用されています。サービスと製品の詳細については、同社の公式ウェブサイトをご覧ください。
