LED Superluminescenti (SLD)LED Superluminescenti (SLD)

Docente: Mauro MoscaDocente: Mauro Mosca

(www.dieet.unipa.it/tfl)(www.dieet.unipa.it/tfl)

Ricevimento: alla fine della lezione o per appuntamento

Università di Palermo – Scuola Politecnica - DEIM

A.A. 2015-16A.A. 2015-16

Principio di funzionamento deiPrincipio di funzionamento deiLED Superluminescenti (SLD)LED Superluminescenti (SLD)

edge-emitting LED

waveguide

Since the light is guided by the waveguide, the light intensity emitted by the device linearly increases with the length of the waveguide

However, the electrical current required to drive the LED also increases with the stripe length

Edge-emitting LEDs are motivated by the need for high-brightnessLEDs 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)

Caratteristiche di un SLDCaratteristiche di un SLD- Superluminescent diodes are edge-emitting LEDs that are pumped at such high current levels that 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

amplified spontaneous stimulated

Tipi di SLDTipi di SLD(AR coating and lossy region)(AR coating and lossy region)

reflective back-side reflector facet

AR coating expensive

lossy region (not pumped by the injection current)

no feedback occurs if the length of the lossy region is much longer than the absorption length of the core regionlength of lossy region >> -1

~ 104 cm-1

(Sc2O3)

Tipi di SLD (inclined waveguide)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)Tipi di SLD (bent waveguide)

Confronto tra LED, laser e SLDConfronto 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 Caratteristiche L-IL-I

current overflow

spontaneous emission regime due to stimulated emission

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

small activearea

no overflow

larger activearea

pigtailed

SLD commercialiSLD commerciali

LED di BurrusLED di Burrus

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

chemically assisted mechanical polishing to about 150 µm thickness followed by a wet chemical etch reduce light absorption in the substrate

Applicazioni tipicheApplicazioni tipiche

Applicazioni dei SLEDApplicazioni dei SLEDnei giroscopi a fibra otticanei 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 nellaApplicazioni dei SLED nellatomografia ottica a coerenza di fase (OCT)tomografia ottica a coerenza di fase (OCT)

La tomografia ottica a coerenza di fase è una tecnica di diagnostica per immagini con la quale è possibile analizzare sezioni di tessuto organico

E' molto usata nella diagnosi di malattie della cornea e della retina oltre che dell'apparato cardiovascolare

SLD a 1,3 m60 nm, qualche W

riflette alle interfacce tra i vari tessuti e diffonde a seconda delle proprietà ottiche delle zone che attraversa

interferenzadistanze e dimensioni delle varie parti del tessuto possono essere determinate tramite misura del tempo di ritardo della luce riflessa dalle differenti strutture al variare della posizione assiale dello specchio riflettente

E' necessario adoperare una sorgente di luce che emetta a bassa coerenza poiché, se viceversa la luce ha una lunghezza di coerenza elevata, si osservano delle oscillazioni di interferenza che non consentono una rivelazione e una misurazione precise

Se invece la luce emessa ha una lunghezza di coerenza breve, l'interferenza si verifica esclusivamente quando la differenza di cammino dei due raggi differisce solo per la lunghezza di coerenza

L'impiego di SLD, quali sorgenti di luce a bassa coerenza nel settore della tomografia ottica consente dunque di ottenere una elevata risoluzione spaziale dell'immagine con un buon rapporto segnale/rumore.

In questo modo il potere di risoluzione spaziale è praticamente uguale alla lunghezza di coerenza, cioè circa 10 m !!