Różnica między diodami elektroluminescencyjnymi a diodami laserowymi

W nowoczesnej technologii diody elektroluminescencyjne (LED) iDiody laserowe (LD)to dwie popularne technologie źródeł światła. Chociaż pod pewnymi względami są podobne, różnią się znacznie pod względem zasady działania, zastosowania i wydajności.

Różnica w zasadzie emisji światła: LED wykorzystuje spontaniczną rekombinację emisji nośników wtryskiwanych do obszaru aktywnego w celu emisji światła, podczas gdy LD wykorzystuje rekombinację emisji wymuszonej w celu emitowania światła. Kierunek i faza fotonów emitowanych przez diodę elektroluminescencyjną są losowe, natomiast fotony emitowane przez diodę laserową mają ten sam kierunek i fazę.

LED to skrót od Light Emitting Diode. Jest powszechnie spotykany w życiu codziennym, np. jako kierunkowskazy urządzeń gospodarstwa domowego, tylne światła przeciwmgielne samochodów itp. Najbardziej godną uwagi cechą diod LED jest ich długa żywotność i wysoka wydajność konwersji fotoelektrycznej. Zasadniczo, w złączu PN niektórych materiałów półprzewodnikowych, gdy wstrzyknięte nośniki mniejszościowe rekombinują z nośnikami większościowymi, nadmiar energii zostanie uwolniony w postaci światła, bezpośrednio przekształcając w ten sposób energię elektryczną w energię świetlną. Po przyłożeniu napięcia wstecznego do złącza PN trudno jest wprowadzić nośniki mniejszościowe, przez co złącze nie emituje światła. Ten typ diody wykonany na zasadzie elektroluminescencji wtryskowej nazywany jest diodą elektroluminescencyjną, powszechnie znaną jako LED.

LD to angielski skrót od diody laserowej. Fizyczna struktura diody laserowej polega na umieszczeniu warstwy fotoaktywnego półprzewodnika pomiędzy złączami diody elektroluminescencyjnej. Jego powierzchnia końcowa po wypolerowaniu jest częściowo odblaskowa, tworząc w ten sposób optyczną wnękę rezonansową. W przypadku polaryzacji przewodzenia złącze LED emituje światło i wchodzi w interakcję z optyczną wnęką rezonansową, dodatkowo stymulując emisję światła o jednej długości fali ze złącza. Właściwości fizyczne tego światła zależą od materiału. Zasada działania półprzewodnikowych diod laserowych jest teoretycznie taka sama jak w przypadku laserów gazowych. Diody laserowe są szeroko stosowane w urządzeniach optoelektronicznych małej mocy, takich jak napędy CD w komputerach i głowice drukujące w drukarkach laserowych.

Krótki opis różnic w zasadach, architekturze i wydajności między nimi.
(1) Różnica w zasadzie działania: LED wykorzystuje rekombinację emisji spontanicznej nośników wtryskiwanych do obszaru aktywnego w celu emisji światła, podczas gdy LD wykorzystuje rekombinację emisji wymuszonej w celu emitowania światła.
(2) Różnica w architekturze: LD ma optyczną wnękę rezonansową, która umożliwia wygenerowanym fotonom oscylację i wzmocnienie we wnęce, podczas gdy dioda LED nie ma wnęki rezonansowej.
(3) Różnica w wydajności: dioda LED nie ma charakterystyki wartości krytycznych, a jej gęstość widmowa jest o kilka rzędów wielkości większa niż w przypadku diod LD. Moc wyjściowa diody LED jest niewielka, a kąt rozbieżności duży.

Zasada działania:
Dioda elektroluminescencyjna to urządzenie półprzewodnikowe, które generuje światło poprzez wstrzykiwanie elektronów i dziur. Kiedy elektrony i dziury łączą się ponownie, energia jest uwalniana w postaci fotonów, wytwarzając światło widzialne lub światło o innej długości fali. Natomiast dioda laserowa jest specjalnym rodzajem diody elektroluminescencyjnej, która wytwarza światło poprzez wymuszoną emisję promieniowania. W diodzie laserowej, gdy elektrony przechodzą z wysokiego poziomu energii na niski, uwalniają fotony odpowiadające określonej częstotliwości, uzyskując w ten sposób spójne wzmocnienie światła.
Charakterystyka wiązki:
Wiązki światła generowane przez diody elektroluminescencyjne są zwykle niespójne, co oznacza, że ​​faza i częstotliwość fal świetlnych nie mają ustalonego związku. To sprawia, że ​​wiązka światła diody elektroluminescencyjnej jest szeroko rozproszona i nie może być mocno skupiona. Natomiast wiązki wytwarzane przez diody laserowe są spójne, co oznacza, że ​​faza i częstotliwość fal świetlnych mają stałą zależność. Dzięki temu wiązka diody laserowej może być bardzo skupiona, co pozwala na bardziej precyzyjne zastosowania.
Charakterystyka widmowa:
Widmo wytwarzane przez diody elektroluminescencyjne jest na ogół szerokie i obejmuje różne długości fal światła. To sprawia, że ​​diody elektroluminescencyjne są szeroko stosowane w oświetleniu, wyświetlaczach i podświetleniu. Natomiast diody laserowe wytwarzają wąskie widmo, które zawiera tylko określone długości fal światła. To sprawia, że ​​diody laserowe mają większą wartość aplikacyjną w takich dziedzinach jak komunikacja, pomiary i leczenie.
Wydajność i moc:
Diody elektroluminescencyjne są na ogół mniej wydajne, ponieważ część energii jest tracona w postaci ciepła. Ponadto moc diod elektroluminescencyjnych jest zwykle niewielka, co ogranicza ich zastosowanie w zastosowaniach wymagających dużej mocy. Natomiast diody laserowe są bardziej wydajne, ponieważ wytwarzane przez nie fale świetlne mogą być silnie skupione, co zmniejsza straty energii. Ponadto diody laserowe mogą mieć większą moc, dzięki czemu nadają się do zastosowań o dużej mocy.
Obszary zastosowań:
Diody elektroluminescencyjne są szeroko stosowane w oświetleniu, wyświetlaczach, podświetleniu, transmisji sygnału i innych dziedzinach. Ze względu na niższy koszt i większą niezawodność udział diod elektroluminescencyjnych w rynku w tych dziedzinach stopniowo rośnie. Natomiast diody laserowe są stosowane głównie w komunikacji, pomiarach, medycynie, produkcji i innych dziedzinach. Ze względu na dużą moc, wysoką ostrość i wysoką koherencję, diody laserowe mają wyjątkowe zalety w zastosowaniach w tych dziedzinach.

Wspólne parametry diod laserowych
(1) Długość fali: to znaczy długość fali roboczej lampy laserowej. Obecnie długości fal lamp laserowych, które można wykorzystać jako przełączniki fotoelektryczne, obejmują 635 nm, 650 nm, 670 nm, 690 nm, 780 nm, 810 nm, 860 nm, 980 nm itp.
(2) Prąd progowy Ith: to znaczy prąd, przy którym lampa laserowa zaczyna generować oscylacje lasera. W przypadku ogólnych lamp laserowych małej mocy jego wartość wynosi około kilkudziesięciu miliamperów. Prąd progowy lamp laserowych o naprężonej strukturze z wieloma studniami kwantowymi może wynosić zaledwie 10 mA. następujące.
(3) Prąd roboczy Iop: Oznacza to, że prąd zasilający, gdy lampa laserowa osiąga znamionową moc wyjściową. Wartość ta jest ważna przy projektowaniu i debugowaniu obwodu sterującego lasera.
(4) Kąt rozbieżności pionowej θ⊥: Kąt, pod którym pasek świetlny diody laserowej otwiera się w kierunku prostopadłym do złącza PN, zwykle około 15˚~40˚.
(5) Kąt rozbieżności poziomej θ∥: Kąt, pod którym pasmo emitujące światło diody laserowej otwiera się w kierunku równoległym do złącza PN, zwykle około 6˚~10˚.
(6) Prąd monitorujący Im: to znaczy prąd przepływający przez rurkę PIN, gdy lampa laserowa ma znamionową moc wyjściową.

Kontrola diody laserowej
(1) Metoda pomiaru rezystancji: Wyjmij diodę laserową i zmierz jej wartości rezystancji w przód i w tył za pomocą multimetru w zakresie R×1k lub R×10k. Zwykle wartość rezystancji w kierunku przewodzenia wynosi od 20 do 40 kΩ, a wartość rezystancji wstecznej wynosi ∞ (nieskończoność). Jeśli zmierzona wartość rezystancji przewodzenia przekracza 50 kΩ, oznacza to, że wydajność diody laserowej spadła. Jeśli zmierzona wartość rezystancji przewodzenia jest większa niż 90 kΩ, oznacza to, że dioda uległa znacznemu starzeniu i nie nadaje się już do użytku.
(2) Metoda pomiaru prądu: Za pomocą multimetru zmierz spadek napięcia na rezystorze obciążenia w obwodzie napędowym diody laserowej, a następnie oszacuj wartość prądu przepływającego przez lampę zgodnie z prawem Ohma. Gdy prąd przekracza 100 mA, jeśli zostanie wyregulowany potencjometr mocy lasera (patrz rysunek 5) i nie ma wyraźnych zmian w prądzie, można ocenić, że dioda laserowa poważnie się starzeje. Jeśli prąd gwałtownie wzrośnie i wymknie się spod kontroli, oznacza to, że optyczna wnęka rezonansowa diody laserowej jest uszkodzona.

Istnieją znaczne różnice między diodami elektroluminescencyjnymi a diodami laserowymi pod względem zasady działania, charakterystyki wiązki, charakterystyki widmowej, wydajności i mocy oraz obszarów zastosowań. Diody elektroluminescencyjne nadają się do zastosowań z niespójnymi źródłami światła o małej mocy, takimi jak oświetlenie i wyświetlacze, natomiast diody laserowe nadają się do zastosowań ze źródłami światła o dużej mocy, wysoce skupionymi i wysoce spójnymi, takimi jak komunikacja i medycyna. Zrozumienie tych różnic pomoże nam lepiej wybrać i zastosować te dwie technologie źródeł światła, aby sprostać potrzebom różnych dziedzin.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakiś pomysł, nie wahaj się z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.