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SLD 広帯域光源を選択するヒント Superlum

SuperlumSuperlum Diodes Ltd. スーパーラム

スーパールミネッセントダイオード

適切な広帯域光源を選択するためのヒント

1. はじめに

1992年以来、Superlum社は、広帯域光源の異なるタイプを製造しています。
当社の主力製品は、スーパールミネッセントダイオード(SLD)とSLDベースの光源です。
他のタイプの光源に対するSLDの主な利点は、(レーザダイオードと同等の)高輝度性と、
非常に広くて平坦な光スペクトル(LEDと同等のスペクトル幅)の特徴を合わせ持っていることです。
SLDは光ファイバージャイロスコープや光ファイバー電流センサー用に開発されました。
今では、医学、分光学および計量学など、他の用途に広く使用されています。
 
2007年には、当社は別のタイプの光源、すなわち、掃引波長可変レーザー光源を提供し始めました。
外部共振器型半導体レーザーのこれらのデバイスは、広いスペクトル領域にわたって
発振波長を掃引できる性能を備え、それにより、広い時間平均スペクトル(狭い瞬時線幅を保存)を
得ることができるようになりました。当社の波長可変レーザーは、非常に広いチューニング範囲を持ち、
チューニング域全域内の任意の波長に対して、非常に短時間で波長同調が得られます。
これらは、同調域全域または限られた動作域にわたって、非常に高速で繰り返し波長を掃引することができます。
このレーザーの重要素子は、ゲインチップまたは半導体光増幅器(SOA)チップの
いずれかを含む広帯域ゲインモジュールです。これらのゲインチップモジュールとSOAモジュールは、
独立したアイテムとしても利用できるので、例えば、波長可変レーザーの開発など、
特定の利用目的で使用することができます。
 

このドキュメントは、製品選択のプロセスを大幅に簡素化するために準備されています。
16年以上にわたるお客様との協力に基づいて、このドキュメントは、考慮すべき主要基準の概要を説明し、
選択のための時間と努力を節約して、正しく製品を選択するために必要な情報が含まれています。
SLDを初めて使用する場合は、当社のデバイスの動作原理と性能パラメータの概要PDF(129 KB)を
お読みいただく必要があるかも知れません。


2. SLDとSLDベース光源

2.1.選択基準の検討
波長

最も適切なSLD波長/スペクトル帯域を選択。Superlum社では、
650, 670〜690, 770〜860, 910〜980, 1020〜1200, 1270〜1330, 1400〜1630 nmの
スペクトル帯域の(異なる出力パワーとスペクトル幅を持つ)SLDを提供しています。
所望のSLD発光波長を選択してください。
利用可能な波長については、「
SLDモジュール」ページを参照してください。
 
各スペクトル範囲内のSLDの波長には、ロット間のばらつきがあります。
正確なSLD波長がアプリケーションにとって重要なパラメータである場合は、
ご要望を議論するために、発注する前に弊社のサポートチームにお問い合わせください。
そうしない場合は、当社のデータシートに示した範囲内にピーク波長があるSLDモジュールを受け取ることになります。

出力

アプリケーションに必要な光パワーを決定します。
出力パワーが実際に必要な値からかけ離れたSLDは選択しないでください。
より高出力のSLDを選択すると、SLDモジュールの値段は高くなり、
SLD使用の安全上の注意がより厳しくなります。
高出力SLDは光フィードバックに非常に敏感であるため、
そのようなSLDがアプリケーションに必要な場合は、
適切な光アイソレーターを使用することを検討してください。
安全上の注意に関する詳細については、
アプリケーションノート
光フィードバックに対するSLD感度PDF(103 KB)を参照してください。

 
スペクトル幅

当社では、発光スペクトル幅の異なるさまざまなSLDモジュールの製品ラインを提供しています。
いくつかのSLDは非常に広いスペクトルを提供します。
しかし、当社では、本当に必要とするよりも広いスペクトルのSLDを選択することはお勧めしません。
このようなSLDは、光学システムに組み込むための付加的な努力を必要とする場合があるからです。
そのスペクトルは、複雑な形状をしているうえに、出力パワーに強く依存しています。
当社の仕様書に示されたSLDのスペクトル幅は、定格出力パワー時でのみ保証されており、
異なる出力パワー(もし定格値から大きく離れた場合)では保証されていないのでご注意ください。
また、フィルター、カップラー、スプリッター、アイソレーターなど、
光学システムに使用している他の素子のバンド幅が、
SLDの広いスペクトル幅を適合させるのに十分な大きさであることを確認してください。
そうしないと、広帯域SLDのパワーとスペクトルを無駄にするだけで、期待した性能を得ることができません。

 
詳細については、次のドキュメントを参照してください:

-    「スーパールミネッセントダイオード。デバイスの動作原理と性能パラメータの概要」PDF(129 KB
-    「光フィードバックに対するSLD感度」PDF(103 KB

もし、単一SLDのスペクトルが、アプリケーションのニーズに合う十分な幅でない場合は、当社「Broadlighter」製品ファミリーの光源を検討して下さい。
 
Superlum社 Broadlighter製品ファミリー:

-    Superlum DシリーズBroadlighter
-    Superlum T-およびQ-シリーズBroadlighter

 
スペクトルリップル

SLDのスペクトルリップルに特別な注意を払ってください。
SLDスペクトルリップルの主な原因は、半導体チップの切断された端面からの残留反射です。
当社では、これらの反射を最小限に抑えるための努力をしましたが、
寄生スペクトル変調が、SLDスペクトル上、特にハイパワーSLDに依然として存在しています。
当社の仕様におけるスペクトルリップル値は、I
maxとIminが、
それぞれ変調スペクトルの最大と最小とした場合に、スペクトルの最上部で、
その最大値の周りで10以上のピリオドを平均したスペクトル変調度([I
max-Imin]/[Imax+Imin]) として算出しています。
当社が出荷する特定のモジュールが、仕様書に引用された標準値に等しい
スペクトルリップルを持っていることを保証するものではありません。
これは、スペクトルリップルが指定された最大値よりも小さくなることを保証しているだけです。
もし、その正確な値がアプリケーションにとって重要である場合は、
SLDリップルの問題について当社と議論してください。
場合によっては、スペクトルリップルが最新の回折格子光スペクトラムアナライザー(OSA)でも
事実上測定不能であるほど非常に小さい超ハイパワーLEDを出荷することができます。

 
二次コヒーレンスサブピーク

Superlum社は、デバイスの評価機能としてSLDコヒーレンス関数に
二次コヒーレンスサブピークを取り入れた最初の会社です。
これらのサブピークの原因は、上述した残存スペクトルリップルです。
この最大値は、システムの性能を制限する主なパラメータの一つで、
干渉計システムにとっては極めて重要です。
これは重要で、Superlum社はマイケルソン干渉計によって、
二次コヒーレンスサブピークを直接測定しています。
この方法では、測定スペクトルからコヒーレンス関数を
算出する方法に固有の二次コヒーレンス効果の過小評価を排除します
(計算方法による不正確性は、測定に使用される回折格子OSAのスペクトル分解能の限界よって引き起こされる)。
二次コヒーレンスサブピークは、リップルの平均値だけでなく、
SLDスペクトル全体にわたるリップルの微細構造に依存するため、
同じ平均リップルのSLDでも異なる場合があることが重要です。
もし、アプリケーションが光干渉またはそれに類似している場合、
スペクトルリップルよりも二次コヒーレンス効果に注意を集中することをお勧めします。

 
遠視野パターン

SMファイバー結合または自由空間SLDモジュールが必要かどうかを決定します。
自由空間モジュールが必要な場合は、その遠視野の詳細を考慮に入れてください。
ほとんどの当社製SLDの遠視野は三日月形です。それは、当社製SLDのほとんどで、
出力端面に対して能動導波路を傾けることによって引き起こされます。
遠視野のこの形状が、アプリケーションで問題となることが懸念される場合は、
ご注文前にお知らせください。680nmでの自由空間SLDモジュールの遠視野の例は、

デバイスの動作原理と性能パラメーターの概要PDF(129 KB)の図5を見てください。
 
SMファイバー結合SLDが、SMファイバー端の後で、
光分配や光ビームの整形が簡単であるため、一部の自由空間の用途には適していることに注意してください。
SMファイバーからの光は、回折限界で、低NA円形ビーム
(0.1〜0.14、ファイバー特性およびスペクトル帯域に依存します)。

 
偏光

ほとんどの当社製SLDの発光は、部分偏光または実質的な偏光です
(いくつかの特定モデルで偏光消光比が100:1を超える)。
しかし、SM-ファイバーは偏光を保持しません。
それにもかかわらず、偏光保持(PM)ファイバーピッグテールSLDを使用して、
ファイバー出力の明確な偏光を得ることが可能です。
PMファイバーのアライメントおよびモジュールに固定する当社の技術は、
SLDエミッターに対するPMファイバーの角度位置をその場での制御を提供します。
当社のPMファイバー結合モジュールの標準的な構成については、主偏光方向は、
PMファイバの低速軸に沿って配向されます。
また、当社のSLDモジュールの疑似非偏光バージョンを出荷することができます
(複屈折軸に対して45度の偏光方向でファイバーに光が照射される)。
しかし、この場合には、ファイバーから出てくるビームは完全に非偏光ではないことにご注意ください。
これは、異なる波長の円偏光と楕円偏光の変化量で構成され、
スペクトルをフィルタリングすることなく、
全スペクトル域にわたって平均化されている非偏光と考えることができます。
疑似非偏光は、いくつかの偏光に敏感な機器に問題を発生させることがあります
(例えば、偏光に敏感な干渉計では、ゴーストのサブピークがコヒーレンス関数に表われる場合があります)
が発生することがあります。

 
最良のSLDの選択について不明な点がある場合は、お気軽にお問い合わせください。
当社は、SLDまたはSLDベースの光源としてどの種類を選ぶべきかについて
具体的な提案を行うために、あなたのアプリケーションに関する詳細が必要です。

 
2.2.問題と当社ソリューション:駆動電流と温度の要件

SLDモジュールを選択したら、次はSLDのために適切なドライバーを決定するため時間です。
 
ほとんどの当社製SLDモジュールは、能動冷却を必要とし、温度コントローラーの使用を必要とします
(これらのSLDモジュールには、サーミスターと温度コントローラーに
接続しなければならない電子冷却器が内蔵されています。)。
SLDの出力パワーは、SLDチップの温度に依存します:
パワーは、温度が上昇するにつれて減少します。
温度制御装置は、一定のSLDチップ温度を維持し、その結果として、一定の出力パワーを維持します。

 
また、レーザーダイオードのようにSLDは、サージや過渡電流などの駆動電流の不安定性に非常に敏感です。
これらの不安定性は、SLDチップに取り返しの付かない損傷を引き起こす可能性があります。
ほとんどの場合、SLDは、損傷の種類を修復することはできません。
損傷を防ぐには、レーザーダイオード用のような特別な電流コントローラーが必要です。
どのような電流コントローラーを選択すべきか分からない場合は、
特別にこの種のアプリケーション用に開発した当社のPILOTドライバーを使用することをお勧めします。
単一ユニット内に電流および温度コントローラーの機能を組み合わせて、
SLDの駆動用の非常に高い信頼性と安全性を備えています。
当社は、不適切な運転によって生じたSLDの障害については、
SLDが当社製PILOTドライバーで使用されている場合にのみ保証対象としていることにご注意ください。

 
Superlum社では、いくつかのモデルのドライバーを製造しています。将来的にOEM PCBドライバーへの変更を検討している場合であっても、当社の110/220 V AC電源ドライバーから始めることをお勧めします。AC電源PILOTは、SLDの不安定性や損傷の可能性を最小限にして、受領後すぐに機器内のSLDのテストを開始することができます。
 

Superlum社ドライバーのリスト

当社は、また、高出力で光学的にアイソレートしたSシリーズ光源を検討することをお勧めします。
当社は、「SシリーズBroadlighter」AC電源ベンチトップ光源と「SシリーズBLMモジュール」という名前の
OEM向けDC電源の両方を提供しています。例えば、光学部品の特性評価システム用のように、
もし、箱から取り出してすぐに使える光源が必要なら、
ターンキー式の「SシリーズBroadlighter」を選択するようお勧めいたします。
あなたがお使いの装置にこの光源を統合することを計画している場合にも、
BLM光源モジュールから開始することができます。
後者のケースでは、高品質(超低リップルで低ノイズ)で高信頼性の直流安定化電源、
光源の状態を遠隔制御するための比較的簡単な外部制御回路を必要とするでしょう。
もし、当社の標準製品がニーズに合わない場合は、
あなたの詳細な要件をお知らせのうえ、お気軽にお問い合わせください。
基本的性能パラメータと必要な設定について教えてください。

 
Superlum S-シリーズ光源:
- S-シリーズBroadlighter
- S-シリーズBLM光源モジュール

 
 
2.3.超広帯域アプリケーション用ビーム結合:複数のSLD光源

極端に広いスペクトルと、例えば数ミクロンの短いコヒーレンス長のコンパクトな光源を探している場合は、
当社のD-シリーズ、T-シリーズおよびQ-シリーズ「Broadlighter」をご検討ください。
「Broadlighter」光源は、わずかに中心波長がシフトした複数のSLDモジュールからの光を結束しています。
D-シリーズ、T-シリーズおよびQ-シリーズ光源は、
それぞれ2つ、3つ、および4つのSLDモジュールを含んでいます。
当社は、特別に以下の「Broadlighter」製品をお勧めしています。

-     D855:> 10 mW exファイバー、2個のSLDで100-nm幅のスペクトル
-     D-890:2個のSLDで140-nm幅のスペクトル
-     T-, Q-870:170-200-nm-幅のスペクトル
-     Q-940:4個のSLDで300nmをカバー
私たちは、スペクトルを狭くし、光パワーを無駄にしないこと、
システム内のすべての光学部品は「Broadlighter」の広いスペクトルを取り扱えるだけの
十分な帯域幅を持っている必要があることを改めて指摘します。

 
Superlum社 ブロードライター「Broadlighter」製品ライン:
-     D-シリーズ ブロードライター「Broadlighter」
-     T-シリーズおよび Q-シリーズ ブロードライター「Broadlighter」



3. スキャニング波長可変レーザーとゲイン / SOAモジュール

·  ブロードスイーパー「Broadsweeper」は、波長可変外部共振器型半導体レーザーです。
音響光学チューナブルフィルター(AOTF)が、チューニングやレーザー波長を掃引するための
スペクトル選択イントラキャビティ素子として用いられています。
高精度の制御システムおよびレーザー共振器内に可動部品がないことが、
高い精度で再現性に優れた高速波長同調性を確保しています。温度安定化AOTFを使用することで、
レーザーの寿命中に優れた出力放射パラメーター
(発振波長の設定値、掃引範囲の制限など)の安定性を確実にしています。

 

Superlum  ブロードスイーパーについての詳細

·  もし、時間内に波長変化の特別な法則が必要な場合
(例として、もしある順序で、例えば10波長高速でホップするブロードスイーパー「Broadsweeper」が必要な場合)は、
お問い合わせください。波長変動の法則
ブロードスイーパー「Broadsweeper」
ファームウェアプログラムの改変によって、工場出荷時に予め設定しておくことができます。

 
·  標準品以外の製品で、スペクトル帯域において、この種のレーザーに関するご要望はお気軽にお寄せ下さい。
すべてのSLDチップは、実際には非常に効果的な光増幅器であるので、
当社のSLDがカバー可能な任意のスペクトル帯域で、そのような波長可変レーザーを開発することができます。
 
·  ご自身で、独自の外部共振器レーザーを構築することを計画している場合
、当社のゲインチップモジュールとSOAモジュールをご検討ください。
これらは、外部キャビティレーザーの能動素子として使用するために特別に開発されたものです。
ゲイン·チップ·モジュールを使用することは、この種のレーザーを構築する最も簡単な方法です。
しかし、ゲインチップの後端面に高反射コーティングを施すことによって、
最も簡単な構成(拡張キャビティレーザー)を構築することができます。
当社のSOAモジュールは、この制限がないので、
リング共振器構成を含むいかなる外部共振器レーザーの構成でも構築することができます。
 
·  弱い光信号の増幅用にあなたのシステムに当社のSOAを使用することができます。
 
·  当社のほとんどのSOAおよびゲインチップ·モジュールに対して、
利得は、増幅される光の偏光に非常に敏感であることに注意してください。
それゆえ、当社はPM-結合のSOAおよびゲインモジュールを検討することをお勧めしています。
これらのモジュールのために、主偏光はPM-ファイバーの低速軸に沿って配向されています。
これは、ファイバーのアライメントおよびモジュールの固定中に、
SOA /ゲインチップに対するファイバーの適切な回転アライメントによって達成されます。
 
Superlum社 SOAとゲインチップモジュールのリスト
 
·  ゲインチップとSOAに求められる安全上の注意は、SLDに対するものと同様であることに注意して下さい。
特に、それらを駆動する場合には、つねに同じかそれ以上の注意を払って使用して下さい。
いくつかのSOAは、30デシベルを超えるファイバー間利得を提供します。
これらのパワーの恒久的な制御の欠如は、壊滅的な光学損傷による即時故障の原因となります。
これは、外部共振器の再構成時または入力信号の小さな変化の場合
(弱い光信号を増幅するためにSOAモジュールを使用する場合)など、一見して、些細な場合に起こり得ます。
 
ご質問がある場合、または当社製品に関する追加情報が必要な場合は、お問い合わせください。

波長405nmから1653nm。シングルモード ファイバーから良質のビームクオリティーの高出力レーザーを得ることができます。高安定、狭帯域、出力可変、2 MHzまでの変調が外部端子からできます。

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