発光波長を電子的に変更可能な、LED、半導体レーザー、若しくはその手法を教えてください。

発光素子側だけでなく、フィルタのようなものでの発光波長を選択でもいいのですが、電子的な波長選択、制御が行えるものを探しています。(グレーティングやバンドパスフィルタ以外にて)

発光波長幅はとりあえず、可視領域で100nmレベル、理想を言えば、400nm~2umまで変更できる手段があるといいのですが。
まだ世の中に無いのでしょうか...

(当方、関連の技術者でないため、常識的なアドバイスいただいても構いません。)

A 回答 (1件)

それだけ広帯域になると、あとは非線形効果をつかったり色素を使う方法が一般的と思います。



波長可変レーザで、CoherentとかSpectra physics、Symphotonyから販売されています。
浜松ホトニクスは今は市販されていないようですが。

http://www.coherent.co.jp/Products/cwtunale/

http://www.spectra-physics.jp/products/category_ …

http://www.symphotony.com/optipedia/laser/Basic/ …

http://www.optronics.co.jp/optworld/spring11/lis …
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この回答へのお礼

ありがとうございます。参考になりました。
ちょっとよくばりすぎた気もしてきました。
Symphotonyのサイトに記載されている半導体の発光層の温度を電流やヒーターなどで変化させることで半導体の屈折率を変えて選択波長を取り出すという方法と、波長可変フィルタが求めているものに近いようです。
もう少し調べてみます。

お礼日時:2011/04/17 16:44

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Q周波数差Δωを波長差Δλに変換する式

レーザーの線幅などは、よく周波数差Δωで表されていますが、
これを波長差Δλに変換するにはどう計算すればよいのでしょうか?

単純に考えると、ω1=c/λ1、ω2=c/λ2(ω1>ω2)として
Δω=ω1-ω2=c(λ2-λ1)/(λ1×λ2)
Δλ=λ2-λ1=Δω×(λ1×λ2)/c
となり、λ1とλ2が分からなければΔλが計算できないというおかしな結果になってしまいます。

とてつもなく無知な質問をしているかもしれませんが、
ご教授お願いします。

Aベストアンサー

Δω だけしか分からないときはΔλ は求められません。
ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 と定義したとき、Δω << ω0 ならば、Δλ ≒ c*( Δω/ω0 ) となります。
つまり、Δω から Δλ を計算するには、ω0 が分かっている必要があります。

ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 、Δω ≡ ω1 - ω2 と定義すれば、
   ω1 = ω0 + Δω/2、ω2 = ω0 - Δω/2
が成り立ちます。なぜなら、この定義から
   ω1 - ω2 = ( ω0 + Δω/2 ) - ( ω0 - Δω/2 ) = Δω
   ( ω1 + ω2 )/2 = ω0
となるからです。

したがって、λ1 = c/ω1、λ2 = c/ω2 なので
   Δλ ≡ λ2 - λ1
       = c/ω2 - c/ω1
       = c*( 1/ω2 - 1/ω1 )
       = c*{ 1/( ω0 - Δω/2 ) -1/(ω0 + Δω/2 ) }
       = c*Δω/{ ω0^2 - ( Δω/2 )^2 }
       = c*( Δω/ω0 )/[ 1 - { Δω/( 2*ω0 ) }^2 ]
となります。 Δω << ω0 ならば、 1 - { Δω/( 2*ω0 ) }^2 ≒ 1 なので
   Δλ ≒ c*( Δω/ω0 )

Δω だけしか分からないときはΔλ は求められません。
ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 と定義したとき、Δω << ω0 ならば、Δλ ≒ c*( Δω/ω0 ) となります。
つまり、Δω から Δλ を計算するには、ω0 が分かっている必要があります。

ω0 ≡ ( ω1 + ω2 )/2 、Δω ≡ ω1 - ω2 と定義すれば、
   ω1 = ω0 + Δω/2、ω2 = ω0 - Δω/2
が成り立ちます。なぜなら、この定義から
   ω1 - ω2 = ( ω0 + Δω/2 ) - ( ω0 - Δω/2 ) = Δω
   ( ω1 + ω2 )/2 = ω0
となるからです。

したがって、λ1 = c/ω1、λ2 = c/ω2 なので
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Q波長600nmで発光ダイオードを制作

波長600nmで光る発光ダイオードを製作したい。半導体のバンドギャップは何eVにしたらよいか。

という問題で、


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で求めた値が、この問題の答えになりますか?

Aベストアンサー

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E=hc/λ=1240/λ [eV]

で求めることができます。λはnmです。

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http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2011/05/4-8467.html

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さて、周波数はどう測りましょ?
これは難題ですね!

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光はあきらめて、電波は簡単にコヒーレントなんで、GHz前後の周波数の発信機を基にして、周波数を決めた電波で、アンテナ型の干渉実験をやって、波長を求める方向が良いのでは?と思いますが、それでは面白くないですね。

AOかEOか、ゼーマン効果のどれかを用いて、1つのレーザから、数M~数GHzの微小な周波数差を持つ2つの光をだし、ヤングの干渉では難しいので、マイケルソン干渉計で、2周波数の合成波長から光速を求めるか?でも、機械走査系をつかいたくないという趣旨に反しますし、波長程度の走査ができるくらいなら、ヤングの干渉実験ではやりませんよね~?

がらりとかえて、TOF(飛行時間計測)に行ってしまうのもありですかね~?。半導体レーザをMHzぐらいでON/OFFして、10~100mくらいのところに反射鏡を置いて、光が往復飛ぶのに何秒かかったか?をオシロスコープで測るというやりかたです。これは、当たり前ですが、波長も周波数も関係なく、光速が測れます。

波長を測るのと、周波数を測るのは、似ているようで、実は大きくちがいます。周波数は、15乗の周波数でも、1秒かければ1Hzの分解能で測れますが、波長を15ケタの分解能で測るのは難しいですね。ですから、光の速度を定義で決めてしまい、時間を測れば波長は無視できるようにしてしまうわけです。

現代の定義では、光が1秒間に進む距離は299792458mに確定されているので、1秒を正確に測り、1秒間に振動する回数を正確に測れれば、周波数が決まり、その結果波長が決まります。ただ、それはあとづけで、光速度一定が定義になる前には、波長と周波数の両方を確定する作業が必要なわけで、たとえば、基本的な干渉実験でやりたい!という事になるわけですネ!?

有効数字は、9ケタなどは無理ですから、2ケタくらいが目標でしょうか?おおよそ30万キロm/sくらいになればよいという感じで・・・。

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QLEDを順番に発光

題名の通りLEDを順番に発光(1が発光→2が発光→3が発光…)していくようにしたいのですが、どうすればいいのでしょうか?

Aベストアンサー

#3さんと同じ、4017ですね。

星の数ほどあるICですが、シンプルな基本的な動きのみを行うICは汎用ICといいます。

その中で4017は、上記のような動きをするためにあります。

ですから、汎用ICの組み合わせだけで単純な物は作れてしまいます。

器用な方が使っていますね。

http://www25.cds.ne.jp/~kamiken/electro/sakuhin/17/17.html

オリジナルの4017の入手が難しい時は、
74HC4017で5V動作すればいいでしょう。

汎用ICもプロセスでいろいろシリーズが有ります。
74xx、74HCxx、45xx、40xxとか良く使うシリーズだけでも10数種類の物があります。

Q屈折率と波長と周波数の関係について

はじめまして。
ちょっと困っているので助けてください。

屈折率は入射光の波長に依存しますよね?
一般的な傾向として、波長が長くなると
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それで、このことを式で説明しようとしたんですが、

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n=c/v
媒質中の光の速度、位相速度は
v=fλ
で、周波数と波長に依存します。

ところが!波長と周波数は逆数の関係なので、
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屈折率が波長に依存しないことになってしまうのです・・・。
どうかこのあたりの説明をおしえてくださいませんか。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことになる。従ってこの式は周波数をfとして
n=c/v(f)
と表すべきものである。
二番目の式
v(f)=fλ
で、vに周波数依存性があることを考えるとfとλは厳密な反比例な関係でない。
--------
となります。大変失礼を致しました。

なお上記の式だけからでは「赤い光の方が紫の光より屈折率が小さくなる理由」は絶対に出てきません。
その理由を説明するためにはどうしても電場中での媒質の分極を考える必要があります。屈折の原因は既にご承知とのことですので、あとはその部分の理解を深めて頂くのみです。
(1)光が媒質中を通過する場合、周囲の媒質を分極させながら進む。
(2)可視光線の範囲であれば、周波数が高くなるほど分極の影響により光は進みにくくなる。
(3)(2)により光の速度が落ちる、ということは即ち屈折率が上がる、ということである。

(2)ですが、共振現象とのアナロジーで考えれば分かりやすいと思います。いまある物体を天井からひもで釣るし、それにさらに紐を付けて手で揺らすこととします。(A)ごくゆっくり揺らす場合は手にはほとんど力はかけなくて済みます。(B )ところが揺らす周期を短くするとだんだんと力が要るようになります。(C)さらに周期を短くして共振周波数に達すると急に力は要らなくなります。(D)そしてさらに揺らす周期を短くしようとすると、あたかもその錘に引張られるような感覚を受けます。(E)そしてさらにずっと周期を短くすると、錘はまったく動かずに錘と手を結んでいる紐だけが振動するようになります。
可視光線はちょうどこの中で(B)の領域になります。すなわち周波数を高くすると、それにつれて周囲の分極があたかも「粘り着く」ようになり、そのために媒質中の光の速度が落ちるのです。(もっとも、「粘り着く」なんて学問的な表現じゃないですね。レポートや論文でこんな表現をしたら怒られそう・・・)

こんな説明でよろしいでしょうか。

参考となりそうなページ:

「光の分散と光学定数の測定」
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/hikari/section2.htm
同、講義ノート(pdfでダウンロード)
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/kouginote/opt2k.html

"Kiki's Science Message Board" この中の質問[270]
http://www.hyper-net.ne.jp/bbs/mbspro/pt.cgi?room=janeway

過去の議論例(既にご覧になっているかと思いますが)
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=140630

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことにな...続きを読む

QLEDの発光色について

こんにちは。
ぜひ知りたいので質問させてください。

LEDには青色とか白色とかたくさん種類がありますよね。
でも多く見かけるのはひとつのLEDで単色発光のものです。

前にひとつのLEDで七色発光できるような複数の色の光を出せるのがあったような記憶があるんです。

これってどういう構造になっているのでしょうか?
調べても単色LEDのことは出てきますが、複数の色を出せるLEDのことは分かりませんでした。友達とも話したんですが、確かにあるのはあるみたいなんですがそれがどういう訳で複数の光を出せるのか、なぜ違う波長(色)の光を放つことが出来るのか知りたいんです。

分かる方いましたらぜひ教えてください。

Aベストアンサー

人間が感じるほとんどの色は、赤と緑と青の3つの色を混ぜ合わせることで作り出すことができます。多色発光のLEDの中には、赤と緑と青色光だけ出せるLEDが1個ずつ入っていて、それぞれのLEDの発光強度を調整することでいろいろな色を出せるようにしてあります。液晶テレビの画素も、近くで見ると、この3つの色のマス目でできています。

なぜ3つの色だけでいろいろな色を作れるのかというのは説明しにくいのですが、何色と何色を混ぜるとどんな色になるのかというのは、色度図(しきどず)というものを使えば分かります。参考URLにある図形がそれです。色のついた馬蹄形(左に傾いた∩の形)の内部の位置で(x-y座標で)全ての色が表わせます。右端が赤色、上端(∩の頂点)が緑色、左下が青色になります。∩の中心位置が白色で、中心に近いほど白っぽい色になります。∩の内部でなく曲線上のところの色は、レーザ光などの単色光に相当します。単色光は1つの波長でしか光っていないので、色純度の良い(鮮やか)色になります。線上のところのに数字が書いてありますが、それが単色光の波長を表わしています。

2つの色を混ぜたときの色は、2つの色の位置を結んだ線分上の色になります。同じ明るさの色を混ぜ合わせたとき、その線分の中点の色になるわけではないのですが、2つの色の混合比率を連続的に変えると、その線分上のどんな色でも作ることができます(線分の外側の色は作れません)。ですから、赤色と緑色を混ぜると、その間にあるオレンジ色、黄色、黄緑色を作ることができます。黄色と青色をうまく混ぜると白色を作ることができます(市販の白色LEDはこの原理で、青色LEDと黄色の蛍光体の2色で白色を作っています)。赤と青を混ぜると紫色作ることができますが、実は紫色というのは1つのLED(単色光)では作れない色です(∩の底辺には波長の数字が書かれていないのはこのため)。

3つの色を混ぜたときの色は、3つの色の位置を頂点とする三角形とその内部の色になります。ですから、3つの色の位置を∩の右端と上端と左下端の色(赤・緑・青)にすれば、三角形の範囲が最も大きくなるので、作り出すことのできる色の範囲を最も広くすることができます。したがってカラーTVの画素はこの位置にある色を色の素(3原色)としています。この三角形の頂点が∩の中心に近いほど(個々の光源の色純度が悪いほど)、3色で作れる色の範囲が狭くなります(鮮やかな色は作れない)。3色で作ることのできる色は三角形の範囲内だけなので、その外側の色は3色だけでは作ることはできません。三角形だと、頂点の位置をどこにしても、∩の内部を全て覆い尽くすことはできません。三角形外部の色は3色だけでは作れない色です。

∩は曲線なので、その内部の色をできるだけ多く作ろうとすると、三角形でなく多角形にする必要があります(4色以上のLEDが必要)。しかも、その頂点は∩の曲線上になければなりません。LED光は発光波長に幅があるで、∩の曲線上ではなく、少し内側の色になります(∩の曲線上の色はレーザ光です)。液晶TVの画素の3原色(白色色にカラーフィルタを通して作っている)も幅があるのでLEDと同様、∩の曲線から少し内側の色になります。しかし、現実にはこの3色で作れる色の範囲で充分なので、フルカラーディスプレイの画素は3色になっています。

参考URL:http://www.seiwa.co.jp/dbps_data/_material_/top/OPT/html/Diagram/_res/200803_P2.pdf

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Q周波数と波長の定義

周波数(f)と波長(l)の積は光速(c)になるわけですが、これが媒質中の場合はどのようになるのでしょうか?
つまり屈折率がnとすると媒質中の光速はncになるわけですが、これは周波数がn倍になったのか、それとも波長がn倍になったのかどちらなのでしょうか?

Aベストアンサー

参考資料を探してきました。
http://www15.wind.ne.jp/~Glauben_leben/Buturi/Hadou/Hadoubase6.htm
15-1反射・屈折の下の方、質問1とその回答をご覧になってください。

参考URL:http://www15.wind.ne.jp/~Glauben_leben/Buturi/Hadou/Hadoubase6.htm

Q紫外線LEDの波長について

植物育成用のLEDランプで波長400nmの紫外線と謳っている物がありますが、これって波長は400nmぴったしなのでしょうか?
他の紫外線LEDを調べてみると大抵いくらかのバラつきがあるのですが…。
後、400nm以下にならない紫外線の光源って存在するものですかね?

一応、紫外線が400nm以下の波長だということは知識として持っています。

ご存知の方、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

(1)一般に市販されている紫外線LEDはGaN LEDで、その特徴の一つに、発光スペクトルが幅広いことです。
400nmの紫外線LEDであれば380nmぐらいから420nmぐらいまで発光しているはずです 
(2)紫外線の定義 400nm以上を紫外線とはいわないか
う~ん405とか410nmのLEDを紫外線LED(まあ正しくは近紫外線とよぶべきか)とよぶようです。
それでも400nm以下の波長にそれなりに発光していると思いますよ。
GaNの発光スペクトルが幅広いことだ、GaN LEDの特徴(量子ドットを用いていることに起因する)だったと記憶しています。


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