電子LED

発光ダイオード型

エッジ発光 LED ( ELED ) は、光ファイバーへの高効率結合を実現する高輝度LEDの要件を満たします。

歴史

1960年代のレーザーの進化の後、1970年代には光通信システムへのLEDの導入が実現しました。^[1]エッジエミッターは1970年代半ばに開発されました。

構造

その構造は、注入型レーザーダイオードの構造に類似しているように見える。注入型レーザーダイオードの構造は、光導波路領域から構成されており、この領域は導波路に沿って放射された光を全反射によって導波路に沿って導く役割を果たしている。^[2] このLEDの構造は、改良型注入型レーザーの構造を採用している。また、活性領域の高さと十分な光量差を有しており、活性領域の周囲の導波路がデバイスの発光面へと光を導く。^[3]

使用素材

活性層の中央にある円形の活性領域はGaAsで形成され、その長さは100～150μmである。光閉じ込め層または光ガイド層はAlGaAsで形成される。^[4]その他の材料としては、AlGaAsSb/GaSbおよびInGaAsP/InP合金が使用される。

働く

デバイスが飽和発光モードにならないように、フィードバック機構は抑制されます。ヘテロ接合（2つのホモ接合材料間のインターフェースとして使用される外因性半導体層）では、光パワーの誘導原理は全反射であり、これにより、接合に平行な経路を介してLEDの発光面でパワーが導かれます。導波路のコア領域が光を導きます。この場合、コア層の屈折率はクラッド層の屈折率よりも高くなります。コア領域の境界とクラッド層の上部および下部の境界では、全反射が発生します。DC電源を使用して順方向バイアスが提供されると、薄いn-AlGaAsで電子と正孔の再結合が発生します。活性層の端では、逃げる光子はほとんどありません。電圧-電流特性曲線は、しきい値バイアス電圧を超えると、電流が指数関数的に増加することを示しています。小さな入射角の光子は導波路によって導かれます。放出される光の強度は、導波路の長さに直線的に比例します。放射ビームは半分の出力で、接合面の30度平面にあります。放射ビームの放射輝度は、B _θ = B ₀ cos θで与えられます。ここで、ビーム中心の放射輝度はB _{0で表されます。}

カップリング感度

ELEDをシングルモードファイバーに接続すると、マルチモードファイバーと比較してファイバー変位に対する結合感度が向上します。LEDの接合面に対して鋭角方向の横方向のずれに対する感度は、使用する結合方式に関わらず、少なくとも3倍に増加します。また、ピーク結合効率とずれに対する感度の間には逆相関関係が見られることも観察されました。^[5]

その他のバリエーション

超放射LED

LEDとレーザーのハイブリッドです。内部光利得と高い出力密度を有し、出力スペクトルは中心波長の1～2%です。光ジャイロスコープなどに用いられます。^[6]

超高輝度LED

SLEDの発光は広帯域かつ高強度であるため、シングルモードファイバーでの使用に適しています。分析用光学部品に応用されています。^[2]

利点

薄い活性層と透明な導波層により活性層での自己吸収が低減される。^[3]
ビームの発散が小さいため、特定のファイバーにより多くの光パワーが放出されます。
20 Mbit/s を超える高いデータレート。

面発光LEDに対する利点

より指向性のある放射パターン
より良い変調帯域幅
レンズカップリングの使用による高いカップリング効率
ステップ型およびグレーデッドインデックス型ファイバーの開口数に、5 ～ 6 倍の光パワーを結合できます。

デメリット

複雑な構造
ヒートシンクの難しさ
機械的に処理する問題
高い

参考文献

^ Kolimbiris (2004年9月). 光ファイバー通信. ピアソン・エデュケーション. pp. 64–. ISBN 978-81-317-1588-8。
^ ab E. Fred Schubert (2006年6月8日).発光ダイオード. Cambridge University Press. pp. 389–. ISBN 978-1-139-45522-0。
^ Satinder Bal Gupta、Ashish Goel（2011年12月）. 光通信システム. Laxmi Publications Pvt Limited. pp. 102–. ISBN 978-81-318-0439-1。
^ S. Vijayachitra (2013). 通信工学. Tata McGraw-Hill Education. pp. 443–. ISBN 978-1-259-00686-9。
^ Reith, Leslie A.; Shumate, Paul W. (1987). 「端面発光LEDとシングルモードファイバーの結合感度」Journal of Lightwave Technology . 5:29. Bibcode : 1987JLwT....5...29R. doi :10.1109/JLT.1987.1075397.
^ 「発光ダイオード（LED）」Maltiel-consulting.com。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年12月16日閲覧。

[Kolimbiris2004-1] Kolimbiris (2004年9月). 光ファイバー通信. ピアソン・エデュケーション. pp. 64–. ISBN 978-81-317-1588-8。

[Schubert2006-2] E. Fred Schubert (2006年6月8日).発光ダイオード. Cambridge University Press. pp. 389–. ISBN 978-1-139-45522-0。

[GuptaGoel2011-3] Satinder Bal Gupta、Ashish Goel（2011年12月）. 光通信システム. Laxmi Publications Pvt Limited. pp. 102–. ISBN 978-81-318-0439-1。

[Vijayachitra2013-4] S. Vijayachitra (2013). 通信工学. Tata McGraw-Hill Education. pp. 443–. ISBN 978-1-259-00686-9。

[5] Reith, Leslie A.; Shumate, Paul W. (1987). 「端面発光LEDとシングルモードファイバーの結合感度」Journal of Lightwave Technology . 5:29. Bibcode : 1987JLwT....5...29R. doi :10.1109/JLT.1987.1075397.

[6] 「発光ダイオード（LED）」Maltiel-consulting.com。2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年12月16日閲覧。