LED Superluminescenti (SLD)
Docente: Mauro Mosca
(www.dieet.unipa.it/tfl)
A.A. 2015-16
Ricevimento: alla fine della lezione o per appuntamento
Università di Palermo – Scuola Politecnica - DEIM
Principio di funzionamento dei
LED Superluminescenti (SLD)
Since the light is guided by the waveguide, the light intensity emitted by
edge-emitting
the device linearly increases
with the lengthLED
of the waveguide
Edge-emitting LEDs are motivated by the need for high-brightness
LEDs that allow for high efficiency coupling to optical fibers
Talvolta è richiesta una bassa coerenza ottica della luce emessa per
applicazioni nel campo dell'imaging biomedico in tomografia ottica a
coerenza di fase (OCT – Optical Coherence Tomography)
waveguide
However, the electrical current required to drive the LED also increases
with the stripe length
Caratteristiche di un SLD
- Superluminescent diodes are edge-emitting LEDs that are
spontaneous
pumped at such high current levels that amplified
stimulated
emission occurs.
- Thus SLDs have greater coherence (few tens of microns)
compared with LEDs.
- Spontaneous emission towards the top surface of the
LED is reduced and emission into waveguide modes is
enhanced.
- Difference with semiconductor laser: SLDs lack the optical
feedback provided by the reflectors of a semiconductor
laser
Tipi di SLD
(AR coating and lossy region)
reflective back-side reflector facet
lossy region (not pumped by the
injection current)
AR coating expensive (Sc2O3)
no feedback occurs if the length of the lossy region
is much longer than
-1
lossy
the absorption length
length ofofthe
core region
region >> a
a ~ 104 cm-1
Tipi di SLD (inclined waveguide)
Inclinando la guida d'onda di un certo angolo θ rispetto
alle sfaccettature è possibile ottenere una significativa
riduzione e/o la soppressione totale della modulazione
parassita Fabry-Perot
L’angolo deve essere sufficientemente grande per evitare
la riflessione totale alle pareti laterali (mode trapping) e
prevenire la risonanza Fabry-Perot con le sfaccettature
parallele
Tipi di SLD (bent waveguide)
Confronto tra LED, laser e SLD
broad spontaneous
emission spectrum
residual small facet reflectivity
(Fabry–Perot cavity enhancement)
The spectral width of SLDs is narrower than that of LEDs due to increased
coherence caused by stimulated emission.
Caratteristiche L-I
due to stimulated emission
spontaneous emission regime
larger active
area
no overflow
small active
area
current overflow
In the stimulated emission regime, an increasing number of photons are
guided by the waveguide.
The number of photons emitted into waveguide modes increases with
injection current as stimulated emission becomes dominant.
superlinear, but more distinct threshold
SLD commerciali
pigtailed
LED di Burrus
chemically assisted mechanical polishing to about 150 µm thickness
reduce light absorption in the substrate
followed by a wet chemical etch
The lateral size of the active region is determined by the p-type ohmic
contact size of the LED
The lateral extent of the active region is smaller than the core diameter
of the optical fiber to maximize coupling efficiency
Applicazioni tipiche
Applicazioni dei SLED
nei giroscopi a fibra ottica
Se la bobina ruota, viene prodotta una variazione di fase (effetto
Sagnac), misurando la quale all'uscita del rivelatore si ottiene un valore
proporzionale alla velocità angolare
Applicazioni dei SLED nella
tomografia ottica a coerenza di fase (OCT)
SLD a 1,3 mm
E' necessario
adoperare
60 nm,
qualche una
mW sorgente di luce che emetta a bassa
coerenza poiché, se viceversa la luce ha una lunghezza di
La tomografia
a coerenza
di fase è una
tecnica di che
coerenza
elevata,ottica
si osservano
delle oscillazioni
di interferenza
non
diagnostica
consentono
per
una
immagini
rivelazione
cone una
la quale
misurazione
è possibile
precise
analizzare sezioni di tessuto organico
riflette alle interfacce tra i vari
Se invece la luce emessa ha una lunghezza ditessuti
coerenza
breve,
e diffonde a seconda
l'interferenza si verifica esclusivamente quando
differenza
di delle
dellelaproprietà
ottiche
cammino dei due raggi differisce solo per la lunghezza
di
zone che attraversa
coerenza
E' molto usata nella diagnosi di malattie della cornea e
In questo modo il potere di risoluzione spaziale è praticamente
della retina oltre che dell'apparato cardiovascolare
uguale alla lunghezza di coerenza, cioè circa 10 mm !!
L'impiego di SLD, quali sorgenti
di luce a bassa coerenza nel
interferenza
settore
della tomografia
ottica
di essere
ottenere
una
distanze
e dimensioni
delle varie
particonsente
del tessutodunque
possono
determinate
elevata
risoluzione
con
undifferenti
buon rapporto
tramite
misura
del tempo spaziale
di ritardo dell'immagine
della luce riflessa
dalle
strutture al
segnale/rumore.
variare
della posizione assiale dello specchio riflettente