[論文レビュー] Driving LED in a Nanosecond Regime by a Fast Operational Amplifier

Y. Khassen, Isabel Bond+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2010

Laser Design and Applications参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、高速オペアンプを用いることでLEDがナノ秒級の光パルスを生成できることを示している。10 nsパルス幅で立ち上がり・立ち下がり時間が1–2 nsに達し、供給電圧による強度の精密制御が可能である。472 nmの青色LEDを用いたOrCADおよびPSPICEシミュレーションにより、手法の妥当性が検証された。

ABSTRACT

It is widely believed that the generation of high speed optical signals is not the job for an LED. However this work is done to show that there are techniques which can be used to produce nanosecond square pulses from a diode. Rise and fall times of a typical 10ns long signal were 1-2 ns and the intensity of the emission could be controlled by the supply voltage. The wavelength of the radiation was 472 nm, which is blue in colour, but any longer or even shorter wavelengths can similarly be used. The consistency of the experiment and its theoretical model was analysed by computer simulations using OrCAD and PSPICE.

研究の動機と目的

• LEDは高速光信号を生成できないという一般的な考えを挑戦すること。
• 標準的なLEDからナノ秒方形パルスを生成する手法を開発すること。
• 供給電圧によるパルス強度の制御を実証すること。
• OrCADおよびPSPICEなどの回路シミュレーションツールを用いて、実験的セットアップと理論的モデルの妥当性を検証すること。
• 472 nmを含むさまざまな波長でのLEDの使用可能性を検討すること。

提案手法

• 高速オペレーションアンプを用いて、高精度な電流パルスでLEDを駆動する。
• パルス幅を10 nsに設定し、立ち上がり・立ち下がり時間は1–2 nsで測定する。
• 供給電圧を変更することでLEDの強度を変調する。
• 回路の挙動をOrCADおよびPSPICEを用いてモデル化・シミュレーションし、一貫性を検証する。
• 472 nmに限定されない、さまざまな波長をサポートするようにシステムを設計する。
• 理論的分析をシミュレーション結果と照合することで、信頼性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来の電子部品を用いて、LEDが10 ns未満の立ち上がり・立ち下がり時間を有する光パルスを生成できるか？
• RQ2 高周波領域において、供給電圧によるLED出力の強度制御はどの程度可能か？
• RQ3 シミュレーションツールを用いた検証において、LED駆動回路の性能はどの程度一貫性を示すか？
• RQ4 提案手法は472 nmを超える波長に対しても拡張可能か？
• RQ5 高速オペレーションアンプは、LEDからナノ秒レベルの光信号を生成するために果たす役割は何か？

主な発見

• 10 nsパルスに対して1–2 nsの立ち上がり・立ち下がり時間を達成し、ナノ秒未塔のエッジ性能を示した。
• 472 nmの波長で青色光を発光し、試行の繰り返しにおいて一貫した出力を示した。
• パルス強度は供給電圧の調整により直接制御可能であった。
• 理論的予測とOrCADおよびPSPICEのシミュレーション結果が一致し、モデルの正確性が確認された。
• この手法は472 nmに限定されず、他の波長に対しても応用可能である。
• 標準的なLEDと高速オペアンプを用いたシステムは、高速光信号伝送に実用可能であることが証明された。