インフォメーション
スポンサー

LEDとの比較

 

レーザー LD はレーザー発振の条件を満たしたLEDである。両者は半導体のPN結合に流れる電流のエネルギーで発光するなど、共通点が多く、発光用の電源回路などはほとんど同じものが利用できる。ただし、レーザー LD は活性層構造とへきかい面というキャビティ構造によって共振器を構成する必要があり、光の放射にはLDに特有の性質が伴う。
 
LEDの発光は波長や振幅にばらつきがあるが、レーザー LDでは比較的そのばらつきが少なく、ほとんど揃っていると言える。レーザーLDの光は波長だけでなく位相も揃っており、このような光は「コヒーレント光」と呼ばれる。コヒーレント光はレンズなどで収束させる場合でも色収差が起きないなど光学系の設計が単純なまま高精度に作れる利点があり、また、コヒーレント光同士が互いに干渉しあう性質から精密測定分野でも利用される。光の出力方向についても、LEDはある程度の広がりを持った出てくるが、LDでは共振器内で幾度も往復した光が出力されるために、光は細いビーム状になって放射される。また、LDではレーザー光に特有の性質として偏光も伴う。LEDや他の大多数の発光装置では偏光を持たない散乱光が生じるが、レーザー LDの光は偏光を伴って出力される
 
レーザー LD 発振による放射光
 
レーザー LDは多くのLEDと同様にダブルヘテロ構造を備えた光学半導体であるが、LEDと異なりLDはへき開によって作られた活性層の片側が半反射する鏡と全反射する鏡面になっている。これらの反射面は屈折率の異なる層で構成されており、活性層を挟むクラッド層との境界面も同様に屈折率が異なるためにこちらは全反射して光が漏れにくい構造になっている。また、クラッド層の外部にはストライプ状の電極が備わっており、電界が加わる領域を細く限定している。ストライプ電極から5V程度の電圧が印加されることで電子がクラッド層を経由して活性層内を流れると、途中の原子は励起され自然放射によって最初の光子が放たれる。光子が周囲に放射されると今度は電界によって活性化されていた原子は誘導放射され、入射光と同じ波長、同じ位相の光が放たれる。最初の入射光はそのまま通過するので、誘導放射の過程での出射光は入射光の2倍になる。この反応は連鎖的に行われ光量は増すが、両端部の反射面との間を幾度も反射を繰り返しながら往復する光だけが強度を強めるので、やがて同じ波長（周波数）で同じ位相を持った光だけが主体となり、共振状態に至る。このような構造による共振器は「ファブリ・ペロー共振器」と呼ばれ、共振を起こす領域はクラッド層に挟まれた薄い活性層とストライプ電極の近傍、そしてへき開面の半反射鏡の内側に限定される。活性層はnmオーダーで作られるがストライプ電極などはμmオーダーであるため、光が誘導放射される領域は平たくなっている。
 
光はハーフミラーである一端から出射されるが、平たい領域から出るへき開面からの出射光も楕円形状となる。そして出射時の屈折率の違いから光が回折を受けるため、すぐに放射光は楕円の向きが90度ねじれる