2024年5月

概要

トリプルジャンクションレーザーダイオード（TJレーザー）は、複数の異なる半導体材料を組み合わせた特殊な構造を持つ半導体レーザーデバイスです。おもに、自動車の自動運転技術に使用されます。車載ライダにおけるレーザイメージングは、自動運転車の概念を現実に転換する重要なシステムの1つです。街路や高速道路上の車両や歩行者などの物体を、昼夜を問わず検出して認識すると期待されています。

構成

トリプルジャンクションレーザーダイオードは従来の半導体レーザーダイオードとは異なり、高い効率と出力を実現するための新しいアプローチを提供しています。

基本原理

TJレーザーの基本原理は、異なるバンドギャップを持つ複数の半導体材料を積層し、それぞれの界面で発生する光の共鳴効果を利用することにあります。典型的なTJレーザーは、3つの異なる半導体材料から構成され3つの異なる半導体材料から構成され,それぞれの層がp型またはn型の領域として作用し、これにより複数のp-n接合（ジャンクション）が形成されます。1秒あたりの生成光子数は従来の50倍、検出距離は3倍です。

動作メカニズム

TJレーザーに電流が流れると、それぞれのp-n接合において電子とホールが再結合し、その過程で光が放出されます。異なるバンドギャップを持つ各半導体層の界面で光が共鳴することにより、光の発生と増幅が促進されます。この共鳴効果により、TJレーザーはより高い効率で光を発生させることが可能となります。また、 各半導体層のバンドギャップは異なるため、TJレーザーは複数の波長で光を発生させることが可能です。これにより、広い波長範囲での光出力が可能となり、多様なアプリケーションに対応することができます。

特徴

• 高効率: TJレーザーは、電気エネルギーを光に変換する効率が高く、従来の半導体レーザーよりも高い効率を実現します。
• 高出力: 複数のp-n接合を備えた構造により、TJレーザーは高い出力を発揮し、強力な光ビームを生成できます。
• 広い波長範囲: 異なるバンドギャップを持つ半導体材料の組み合わせにより、TJレーザーは広い波長範囲での光を発生させることが可能です。

歴史

TJレーザーテクノロジーは、1990年代初頭に開発されました。当初は高価で複雑な製造プロセスを必要としたが、技術の進歩により、生産性が向上し、コストが削減されました。これにより、TJレーザーはさまざまな産業分野で広く採用されるようになりました。
特にその検出可能範囲が向上したことにより、高速で移動する自動車の自動運転をサポートする目としての利用に期待されています。

参考

• トリプルジャンクションレーザーダイオード
• 車載ライダに最適な1550nmのトリプルジャンクションレーザダイオード

2024年4月24日（水）～26日（金）に、パシフィコ横浜で開催された OPIE2024に出展いたしました。

例年以上に多くの人にご来場いただきました。ありがとうございました。

今年は、レーザー微細加工を紹介しましたが、こちらが特に盛況で、多くの方が興味を持ってご覧いただいていました。

今後も、レーザー分野で活躍していきますので、ご期待ください。

はじめに

様々な光学部品が有る中でその材質に結晶材料が使われていることがあります。その中で代表的なものとして水晶があります。水晶は分子式SiO₂で結晶化していない状態は石英ガラスと呼ばれます。（水晶を溶かして固めたものを溶融石英ガラスと言われます。）結晶は７つの結晶系（結晶構造）に分類でき、水晶は六方晶系（hexagonal）に属します。

水晶の特性

この水晶には複屈折があり、光を２つに分ける特徴があります。結晶の光学軸に対し直行するように光を入れた時、透過した光はそのまま直進する光とずれて出てくる2つの点になります。直進してきた光を常光線と言い、ずれた光を異常光線と呼びます。この２つの光は位相が揃っているので偏向板を通して見ると、偏向板と直行する方の光が消えたように見えます。

この複屈折を利用して、様々な光学部品が作られます。

光の速さの比較

私たちの身近にある光ですが、何となく理解している方が多いのではないでしょうか？

今回は光の速さを身近？なものと比較してみました。

• 人の歩く速度は凡そ時速4㎞/h、文字通り１時間で4㎞すすむ速度になります。

• 自動車のスピードメータ上限が180㎞/ｈで１時間に180㎞進むことになります。

• 時速180km/hで走行する車は１分間では3㎞、１秒間では50ｍ移動することになります。

１秒間での移動速度を秒速で表されます。〇〇ｍ/s（１秒間で何ｍ移動）、●●km/s（１秒間で何km移動）

この単位を使って他の速度と比較してみます。

音、戦闘機、ロケット、隕石等

光の速さがとても速いことが分かります。

余談になりますが、お月様を観察したとき、光の速さで1.26秒の時間がかかります、つまりは、1.26秒の過去を見ていることになるわけです。（往復なら約2.5秒）

なんだか不思議な感じがします。

概要

反射防止コートとは、光学デバイスや光学素材の表面に塗布される薄膜コーティングの一種で、Anti-Reflectionの頭文字をとって、ARコートとも呼ばれます。

主な目的は表面からの反射を最小限に抑えることです。光は物質と空気の境界となる界面で反射し、特にガラスや鏡のように滑らかな表面をもつ物質では、この反射が映り込みや眩しさの原因となり、製品仕様を悪化させ、危険度を高めたり、利便性を低くしてしまうことがあります。

反射防止はこのような問題を解決し、映像や画像の品質を向上させ、見やすさや視覚的な快適さを向上させます。

原理

反射防止コートの原理は、光学的な干渉に基づいています。これは、光が複数の層を通過する際に生じる波の干渉を利用して、特定の波長の光の反射を減少させることを目指します。

具体的には、反射防止コートは、高屈折率と低屈折率の交互に配置された複数の層で構成されています。これらの層は光学的な厚さで設計されており、光が表面に当たった際に反射を減少させるように配置されています。光がコーティングされた表面に当たると、それぞれの層の境界で一部の光が反射されます。しかし、これらの反射波は、層の厚さや屈折率の差によって生じる位相差を持っています。そのため、これらの反射波が層間で干渉し、特定の波長の光の反射を相殺するか減少させることができます。単層（シングル）ARコートでは対象物の上に1層の被膜が形成され、多層（マルチ）ARコートでは複数の材料で多層の被膜を形成します。

一般的な透明ガラスについて、コートなしの場合の透過率は約92.0%、反射率は8.0%となります。これに対して、単層コートでは透過率97.0%、反射率3.0%、多層コートでは透過率99.6%、反射率0.4%と反射率を大きく減少させることができます。

反射防止コートが特定の波長の光を減少させる原理は、層の厚さや屈折率の設計によって決まります。特定の波長の光の反射を最小限に抑えるようにコーティングが設計されることが一般的ですが、複数の波長範囲で効果的な反射防止を実現するために、複雑な多層構造が採用されることもあります。

応用例

反射防止コートの応用例には以下のようなものがあります。

1. カメラレンズ: 反射防止コートは、カメラレンズの表面に適用され、外部からの光の反射を最小限に抑えます。これにより、写真やビデオの品質が向上し、クリアで鮮明な画像を得ることができます。
2. ディスプレイ: スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどのディスプレイにも反射防止コートが使用されています。画面上の映像やテキストがより見やすくなり、屋外での使用時にも光の反射を最小限に抑えます。
3. 眼鏡レンズ: 眼鏡のレンズにも反射防止コートが適用されます。眼鏡を着用している人が他の人や周囲の光源からの反射を感じにくくなり、快適な視界を提供します。
4. 車のヘッドライト: 車のヘッドライトのレンズにも反射防止コートが使用されています。これにより、他の車のライトや街灯などからの光の反射を減少させ、ドライバーの視界を改善し、安全性を高めます。
5. 太陽電池パネル: 太陽電池パネルの表面に反射防止コートを適用することで、太陽光の反射を減少させ、太陽光の吸収効率を向上させることができます。太陽光の利用効率が向上し、より効率的なエネルギー生産が可能になります。

参考文献

1. ARコートの実力とは？反射・透過率の悩みを一気に解決する方法を解説
2. 反射防止膜（ARコート）とは？ その効果・原理・計算方法・屈折率・用途について徹底解説