半導体レーザーを理解する — 原理、性能、応用

1. 開発経緯

半導体レーザーは 1962 年に発明され、1970 年にダブルヘテロ構造による連続波動作を実現し、光通信の中核光源となりました。 InGaAsP/InP システムは 1300/1550 nm の低損失通信帯域をサポートしており、MOCVD が主流の製造技術となっています。

2. 基本的なこと

半導体レーザー利得媒体とファブリペロー共振器で構成されます。反転分布はキャリア注入により実現され、レーザーは誘導放出により発生します。縦モード間隔は共振器長によって決まり、モードロックには複数の縦モードの位相同期が必要です

広域レーザーの概略図

InGaAsP/InP材料系を使用したいくつかのレーザー設計。

3. 材料

通信帯域にはInGaAsP/InP材料系を採用し、1300～1600nmをカバーします。 MOCVD エピタキシャル成長は、商用レーザーの中核となる製造スキームである高精度の格子整合を実現します。

4. 主な特徴

しきい値電流は温度とともに指数関数的に増加し、特性温度 T₀ は温度の安定性を反映します。高速変調は、低静電容量と強力なインデックスガイド構造に依存しています。

5. 応用価値

半導体レーザーは小型で信頼性が高く、光通信、ポンプ光源、プリンティング、センシングの中核光源として機能し、小型化と超高速モードロックシステムの統合をサポートします。