Rozdiel medzi svetelnými diódami a laserovými diódami

V modernej technológii sa používajú svetelné diódy (LED) aLaserové diódy (LD)sú dve bežné technológie svetelných zdrojov. Aj keď sú v niektorých aspektoch podobné, majú významné rozdiely, pokiaľ ide o pracovný princíp, aplikáciu a výkon.

Rozdiel v princípe vyžarovania svetla: LED využíva spontánnu emisnú rekombináciu nosičov vstreknutých do aktívnej oblasti na vyžarovanie svetla, zatiaľ čo LD využíva na vyžarovanie svetla stimulovanú emisnú rekombináciu. Smer a fáza fotónov vyžarovaných svetelnou diódou sú náhodné, zatiaľ čo fotóny vyžarované laserovou diódou sú v rovnakom smere a fáze.

LED je skratka pre Light Emitting Diode. Bežne sa vyskytuje v každodennom živote, ako sú kontrolky domácich spotrebičov, zadné protihmlové svetlá automobilov atď. Najpozoruhodnejšie vlastnosti LED diód sú ich dlhá životnosť a vysoká účinnosť fotoelektrickej premeny. V podstate v PN prechode niektorých polovodičových materiálov, keď sa vstrekované menšinové nosiče rekombinujú s väčšinovými nosičmi, prebytočná energia sa uvoľní vo forme svetla, čím sa elektrická energia priamo premení na svetelnú energiu. Keď sa na PN prechod aplikuje spätné napätie, je pre menšinové nosiče ťažké injektovať, takže nevyžaruje svetlo. Tento typ diódy vyrobený na princípe vstrekovacej elektroluminiscencie sa nazýva dióda vyžarujúca svetlo, bežne známa ako LED.

LD je anglická skratka laserovej diódy. Fyzickou štruktúrou laserovej diódy je umiestniť vrstvu fotoaktívneho polovodiča medzi spoje svetelnej diódy. Jeho koncový povrch je po vyleštení čiastočne reflexný a vytvára tak optickú rezonančnú dutinu. V prípade predpätia LED spoj vyžaruje svetlo a interaguje s optickou rezonančnou dutinou, čím ďalej stimuluje emisiu svetla jedinej vlnovej dĺžky zo spoja. Fyzikálne vlastnosti tohto svetla závisia od materiálu. Princíp činnosti polovodičových laserových diód je teoreticky rovnaký ako pri plynových laseroch. Laserové diódy sú široko používané v nízkoenergetických optoelektronických zariadeniach, ako sú jednotky CD v počítačoch a tlačové hlavy v laserových tlačiarňach.

Stručný popis rozdielov v princípoch, architektúre a výkone medzi nimi.
(1) Rozdiel v princípe fungovania: LED využíva spontánnu emisnú rekombináciu nosičov vstreknutých do aktívnej oblasti na vyžarovanie svetla, zatiaľ čo LD využíva na vyžarovanie svetla stimulovanú emisnú rekombináciu.
(2) Rozdiel v architektúre: LD má optickú rezonančnú dutinu, ktorá umožňuje generovaným fotónom oscilovať a zosilňovať sa v dutine, zatiaľ čo LED nemá rezonančnú dutinu.
(3) Rozdiel vo výkone: LED nemá charakteristiky kritickej hodnoty a jej spektrálna hustota je o niekoľko rádov vyššia ako hustota LD. Svetelný výstupný výkon LED je malý a uhol divergencie je veľký.

Pracovný princíp:
Svetelná dióda je polovodičové zariadenie, ktoré generuje svetlo vstrekovaním elektrónov a dier. Keď sa elektróny a diery rekombinujú, energia sa uvoľní vo forme fotónov, čím sa vytvorí viditeľné svetlo alebo iné vlnové dĺžky svetla. Naproti tomu laserová dióda je špeciálny typ svetelnej diódy, ktorá produkuje svetlo prostredníctvom stimulovanej emisie žiarenia. V laserovej dióde, keď elektróny prechádzajú z vysokej energetickej hladiny na nízku energetickú hladinu, uvoľňujú fotóny zodpovedajúce špecifickej frekvencii, čím sa dosiahne koherentné zosilnenie svetla.
Charakteristika lúča:
Svetelné lúče generované svetelnými diódami sú zvyčajne nekoherentné, to znamená, že fáza a frekvencia svetelných vĺn nemajú pevný vzťah. Vďaka tomu sa svetelný lúč svetelnej diódy široko rozšíri a nemôže byť vysoko zaostrený. Naproti tomu lúče produkované laserovými diódami sú koherentné, čo znamená, že fáza a frekvencia svetelných vĺn majú pevný vzťah. To umožňuje, aby bol lúč laserovej diódy vysoko zaostrený, čo umožňuje presnejšie aplikácie.
Spektrálne vlastnosti:
Spektrum produkované svetelnými diódami je vo všeobecnosti široké a obsahuje rôzne vlnové dĺžky svetla. Vďaka tomu sú svetelné diódy široko používané v oblasti osvetlenia, displeja a podsvietenia. Naproti tomu laserové diódy vytvárajú úzke spektrum, ktoré obsahuje len špecifické vlnové dĺžky svetla. Vďaka tomu majú laserové diódy vyššiu aplikačnú hodnotu v oblastiach, ako je komunikácia, meranie a lekárske ošetrenie.
Účinnosť a výkon:
Svetelné diódy sú vo všeobecnosti menej účinné, pretože časť energie sa stráca vo forme tepla. Okrem toho je výkon svetelných diód zvyčajne malý, čo obmedzuje ich použitie vo vysokovýkonných aplikáciách. Na rozdiel od toho sú laserové diódy efektívnejšie, pretože svetelné vlny, ktoré produkujú, môžu byť vysoko zaostrené, čím sa znížia straty energie. Okrem toho môžu mať laserové diódy väčší výkon, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie s vysokým výkonom.
Oblasti použitia:
Svetelné diódy sú široko používané v osvetlení, zobrazovaní, podsvietení, prenose signálu a iných oblastiach. Vzhľadom na ich nižšiu cenu a vyššiu spoľahlivosť sa trhový podiel svetelných diód v týchto oblastiach postupne zvyšuje. Naproti tomu laserové diódy sa používajú najmä v komunikáciách, meraní, medicíne, výrobe a iných oblastiach. Vďaka svojmu vysokému výkonu, vysokému zaostreniu a vysokej koherencii majú laserové diódy jedinečné výhody v aplikáciách v týchto oblastiach.

Spoločné parametre laserových diód
(1) Vlnová dĺžka: to znamená pracovná vlnová dĺžka laserovej trubice. V súčasnosti vlnové dĺžky laserových trubíc, ktoré možno použiť ako fotoelektrické spínače, zahŕňajú 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm atď.
(2) Prahový prúd Ith: to znamená prúd, pri ktorom laserová trubica začne generovať osciláciu lasera. Pre bežné laserové trubice s nízkym výkonom je jeho hodnota asi desiatky miliampérov. Prahový prúd laserových trubíc s napnutou štruktúrou viacerých kvantových vrtov môže byť až 10 mA. nasledujúci.
(3) Prevádzkový prúd Iop: To znamená, že hnací prúd, keď laserová trubica dosiahne menovitý výstupný výkon. Táto hodnota je dôležitá pre návrh a ladenie riadiaceho obvodu lasera.
(4) Vertikálny uhol divergencie θ⊥: Uhol, pri ktorom sa svetelný pásik laserovej diódy otvára v smere kolmom na PN prechod, zvyčajne okolo 15˚~40˚.
(5) Horizontálny uhol divergencie θ∥: Uhol, pri ktorom sa pásmo vyžarujúce svetlo laserovej diódy otvára v smere rovnobežnom s PN prechodom, vo všeobecnosti okolo 6˚~10˚.
(6) Monitorovací prúd Im: to znamená prúd pretekajúci cez PIN trubicu, keď má laserová trubica menovitý výstupný výkon.

Kontrola laserovej diódy
(1) Metóda merania odporu: Odstráňte laserovú diódu a zmerajte jej hodnoty odporu vpred a vzad pomocou multimetra v rozsahu R×1k alebo R×10k. Normálne je hodnota odporu vpredu medzi 20 a 40 kΩ a hodnota spätného odporu je ∞ (nekonečno). Ak nameraná hodnota priepustného odporu prekročí 50 kΩ, znamená to, že výkon laserovej diódy sa znížil. Ak je nameraná hodnota priepustného odporu väčšia ako 90 kΩ, znamená to, že dióda vážne zostarla a už ju nemožno používať.
(2) Metóda merania prúdu: Pomocou multimetra zmerajte pokles napätia na zaťažovacom odpore v budiacom obvode laserovej diódy a potom odhadnite hodnotu prúdu pretekajúceho trubicou podľa Ohmovho zákona. Keď prúd prekročí 100 mA, ak je potenciometer výkonu lasera nastavený (pozri obrázok 5) a nedochádza k žiadnej zjavnej zmene prúdu, možno usúdiť, že laserová dióda vážne starne. Ak sa prúd prudko zvýši a vymkne sa kontrole, znamená to poškodenie optickej rezonančnej dutiny laserovej diódy.

Existujú významné rozdiely medzi svetelnými diódami a laserovými diódami, pokiaľ ide o pracovné princípy, charakteristiky lúča, spektrálne charakteristiky, účinnosť a výkon a oblasti použitia. Svetelné diódy sú vhodné pre aplikácie s nekoherentnými svetelnými zdrojmi s nízkym výkonom, ako je osvetlenie a displeje, zatiaľ čo laserové diódy sú vhodné pre aplikácie s vysokovýkonnými, vysoko zaostrenými a vysoko koherentnými svetelnými zdrojmi, ako sú komunikácie a zdravotníctvo. Pochopenie týchto rozdielov nám pomáha lepšie vybrať a aplikovať tieto dve technológie svetelných zdrojov tak, aby vyhovovali potrebám rôznych oblastí.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.