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nanoplus

ガスセンシング ナノプラス社 DFB レーザダイオード

nanoplus DFB lasers

nanoplus社について

Nanosystems and Technologies GmbH (ナノプラス社) は1998年、ビュルツブルク大学 テクニカルフィジックス部門から独立設立されました。それまでの研究結果である オプトエレクロニクス素子・カスタムメイドの微細加工等の専門技術は製品化されナノプラス社に引き継がれました。現在ナノプラス社には 27名の従業員がおります。ナノプラス社は、250m2のクリーンルーム (クラス100-10000)に半導体レーザーを製造するのに必要な施設、ドライエッチング、スパッター、エバポレータ、マスクアライナなどを備えています。さらにナノプラス社には付随施設として、120m2の高純度ガス供給施設、及び半導体製造に不可欠な純水処理施設があります。

nanoplus lab   nanoplus lab


ナノプラス社の主な製品は、ユニークなラテラルカップリング (特許取得済み) をもとに製造されたDFBレーザーです。これらのレーザの複雑なカップリングは、リッジウエーブガイド (RWG レーザの両側ににあるウエーブガイド層)、上に金属グレーティングを組み込むことで製造されます。このテクニックによってDFBレーザーは、高い単一モード利得、高効率、およそ 40dB と高いサイドモードサプレッション比 (SMSR) 及び低いバック反射感度とスレショールドを実現しています。最後の数年に開発された技術は、その後に開発されたいかなる方法をも必要とせず、GaSb、InP、および GaAs ベースの材料を含むさまざまな半導体ヘテロ構造に応用出来ます。これらのマテリアルシステムを基本に、ナノプラス社は、センシング・分光器等のアプリケーション用に 0.76 ~14.0μmの DFB 及びファブリーペローレーザーを製造しています。

米航空宇宙局(NASA)MARS roverにより同位体検出(CO2,H2O at 2.78um

  • ナノプラス社DFB レーザダイオード
    DFB レーザ(分布帰還型レーザーダイオード)は波長範囲 0.76 ~ 14.0μmのLDが製作可能で、ナノプラス社の主要製品の1つです。 DFB レーザは単一縦モードでの発振し、それはレーザ出力光が非常に狭いバンド幅(一般的に5MHz未満)に集中することを意味します。DFB レーザの発振波長は、励起電流または周囲温度を変えることで変化し、測定対象分子の吸収波長を中心にスキャンすすことが出来ます、tunable diode laser spectroscopy (TDLS)が実現出来ます。

    DFB laser diodeDFB laser diode

  • ファブリー-ペロー(FP)レーザ
    単一モードを必要としないアプリケーションには、ナノプラス社はおよそ 5nmの波長幅をもつファブリー-ペロー(FP)レーザを提供しています。
  • 多数のオプションパッケージ
    多数のオプションパッケージも用意し顧客のニーズに合った製品を供給することが出来ます。
  • TDLS
    DFB レーザーの単一縦モード光は、ライン幅およそ 3 MHz の非常に狭いスペクトル幅の出力光を得ることが出来ます。DFBレーザーの発振波長の制御は、ドライブ電流によっても、または温度によってもチューニング制御することが出来ます。この応用として、測定対象とされた特定のガスの分子吸収ラインを中心に DFB 発振波長をスキャンすることも出来ます。 これを Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS)と言います。
  • その他
    ナノプラス社は顧客のニーズを満たすため、DFB レーザー以外にも電子光学に係るさまざまな半導体製品を提供しています。ナノプラス社は、安定した単一モードエミッションが必要でないアプリケーションには、およそ 5nmのスペクトル幅をもつファブリーペローレーザー(FP)を提供いたします。すべての製品は、室温でのCW動作が出来、さまざまなパッケージオプションにて提供いたします。およそ10μmの DFB、FP 長波長レーザー は、量子カスケードレーザー技術にて製作することが可能です。

ガス検知用長波長DFBレーザーダイオード

今日、市場に出回っている従来型のレーザー応用ガスセンサーの多くは、発振波長2.3μm未満のスペクトル域のレーザーダイオードを備えていました。
しかし多くのガス分子の吸収帯は、より長い波長領域にあります。
例えば水分子の場合、2756nmにおける吸収度は波長1368nmの吸収線と比較して15倍あります。それゆえ、波長2.3μmより長い発振波長のレーザーの要求が高まっておりました。

近年、横モード金属グレーティングコンセプト(パテント取得済み)概念に基づく発振波長2.8~μmのDFBレーザーが、ナノプラス社によって販売を開始いたしました。このデバイスは室温において連続モードで作動し、高い横モード抑制率 30dBを達成しています。
このダイオードは、以前には実現することの出来なかった新しいガスセンサーで、今やガスセンサーの重要な構成要素となっております。

Gas sensing

各吸収帯データ

DFB レーザーダイオード

DFB laser diode
ナノプラス社は、波長範囲 760nm ~ 14,000nm のDFB レーザーダイオードを提供しております。標準納期は、3ヶ月です。
詳細は 株式会社キーストンインターナショナルまでお問合せください。


FP レーザーダイオード

  • FPとDFB
    最も単純なレーザー構造を持つ従来のレーザーにファブリ・ペロー共振器を用いたものがあり、これをファブリ・ペロー(FP)レーザーと呼びます。両端面に組み込んだ反射鏡により光を閉じ込め発振するものです。
    しかし、FPレーザーは発振波長が不安定であるという欠点があります。これは定常状態で駆動電流や温度の変化があると発振波長が変化する、いわゆるモードホップという現象を起こしてしまいます。また、定常状態でシングルモード動作する場合においても、高速変調を行うと多モード動作になり、スペクトル幅が広がってしまい長距離・高速伝送には向きません。
    そこで、波長選択性を持つ共振器構造が考案されました。その構造の1つが分布帰還型 (Distributed Feedback) です。これは共振器内部に回折格子が形成されており、ある特定の波長のみが強め合う構造となっています。この構造を用いたレーザをDFBレーザといい、単一波長発振で動作します。
  • アプリケーション
    ナノプラス社は、電気通信・医療への応用・ガス検出・原子吸収スペクトロスコピー等、多くのアプリケーションに革新的な半導体レーザを開発・製造しています。パッケージは、TO- パッケージ、サブフォーム、サブアセンブリー、ファイバー出力のみならずチップのみの供給等、様々なスタイルに応じます。
    単一縦モードが必要でないアプリケーションには、従来型の FP レーザーが多く使われていますが、TDLS (Tunable Diode Laser Spectroscopy) に代表されるような、スペクトル幅の狭い光源を必要とするような高度なアプリケーションには、このようなマルチモードのレーザーは適当ではありません。安定したシングルモードを要求するようなアプリケーションには、これに見合った DFB レーザーが使われています。
  • デバイス 特徴の一例
    次に、波長範囲 760nm ~ 14,000nm のいくつかのデバイスの例を示します。図1は 波長935nmのDFBレーザーの光出力を示します。低いレーザースレシュホールド (16mA) と高いスロープ効率 (0.87W/A)はこの波長範囲で、シングルモードでありながら高い出力 (>60mW)を達成しています。

935nm DFB 電流-出力特性
図1: 25℃における 935nm DFBレーザー(TO9ヘッダー)の電流 - 光学出力特性。16mAの低スレシュホールドと 0.87W/Aの高スロープ効率は 10mW出力を電流値 30mAで達成してます。

935nm DFB スペクトル特性
図2: 図1と同一デバイスのスペクトル特性 (45mW)。高いサイドモード抑圧比(SMSR) およそ45dBが観測されます。

チューニング特性
図3: 2003nm DFB レーザーの動作温度を変化したときの 温度 - スペクトラム特性です (出力一定にて比較)。

チューニング特性
図4: このデバイスの動作電流によるチューニング特性を図に示します。ここではDFBレーザーの発振波長が電流により変わるのが何点かのデバイス温度を変えて示されています。この波長範囲では、およそ 0.025nm/mAの電流チューニング係数が観測されます。

デバイス温度 20℃、25℃、30℃のときの シングルモードでの 電流 - 波長の変化。高いスロープ効率 0.025nm/mAが観測されます。

  • パッケージ
    全ての波長のDFBレーザーにおいて、写真に示すご希望のパッケージにて供給いたします。ここに示されているパッケージは標準のTOヘッダー、例えば、TO5.6、TO9、TO8)でペルチェクーラーの付いているタイプもあります。またご希望により、サブマウントタイプ、ファイバー出力パッケージ(pigtailed)タイプも製造いたします。

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