La diferència entre els díodes emissors de llum i els díodes làser

En la tecnologia moderna, els díodes emissors de llum (LED) iDíodes làser (LD)són dues tecnologies de font de llum habituals. Tot i que són similars en alguns aspectes, presenten diferències significatives pel que fa a principi de funcionament, aplicació i rendiment.

La diferència en el principi d'emissió de llum: el LED utilitza la recombinació d'emissió espontània de portadors injectats a la zona activa per emetre llum, mentre que LD utilitza la recombinació d'emissió estimulada per emetre llum. La direcció i la fase dels fotons emesos pel díode emissor de llum són aleatòries, mentre que els fotons emesos pel díode làser es troben en la mateixa direcció i fase.

LED és l'abreviatura de Light Emitting Diode. Es veu àmpliament en la vida diària, com ara llums indicadores d'electrodomèstics, llums antiboira posteriors de cotxes, etc. Les característiques més destacades dels LED són la seva llarga vida útil i l'alta eficiència de conversió fotoelèctrica. Bàsicament, a la unió PN d'alguns materials semiconductors, quan els portadors minoritaris injectats es recombinen amb els portadors majoritaris, l'excés d'energia s'alliberarà en forma de llum, convertint així directament l'energia elèctrica en energia lluminosa. Quan s'aplica una tensió inversa a la unió PN, és difícil que els portadors minoritaris s'injectin, de manera que no emet llum. Aquest tipus de díode fet utilitzant el principi d'electroluminescència d'injecció s'anomena díode emissor de llum, comunament conegut com a LED.

LD és l'abreviatura anglesa de làser díode. L'estructura física del díode làser consisteix a col·locar una capa de semiconductor fotoactiu entre les unions del díode emissor de llum. La seva superfície final és parcialment reflectant després de ser polida, formant així una cavitat ressonant òptica. En el cas del biaix cap endavant, la unió LED emet llum i interacciona amb la cavitat ressonant òptica, estimulant així encara més l'emissió d'una sola longitud d'ona de llum des de la unió. Les propietats físiques d'aquesta llum depenen del material. El principi de funcionament dels díodes làser semiconductors és teòricament el mateix que el dels làsers de gas. Els díodes làser s'utilitzen àmpliament en dispositius optoelectrònics de baixa potència, com ara unitats de CD en ordinadors i capçals d'impressió en impressores làser.

Una breu descripció de les diferències de principis, arquitectura i rendiment entre els dos.
(1) Diferència en el principi de funcionament: el LED utilitza la recombinació d'emissió espontània de portadors injectats a la zona activa per emetre llum, mentre que LD utilitza la recombinació d'emissió estimulada per emetre llum.
(2) Diferència d'arquitectura: LD té una cavitat ressonant òptica, que permet que els fotons generats oscil·lin i s'amplifiquin a la cavitat, mentre que el LED no té una cavitat ressonant.
(3) Diferència de rendiment: el LED no té característiques de valor crític i la seva densitat espectral és diversos ordres de magnitud superior a la de LD. La potència de sortida de llum del LED és petita i l'angle de divergència és gran.

Principi de funcionament:
Un díode emissor de llum és un dispositiu semiconductor que genera llum mitjançant la injecció d'electrons i forats. Quan els electrons i els forats es recombinen, l'energia s'allibera en forma de fotons, produint llum visible o altres longituds d'ona de llum. En canvi, un díode làser és un tipus especial de díode emissor de llum que produeix llum mitjançant l'emissió estimulada de radiació. En un díode làser, quan els electrons passen d'un nivell d'energia alt a un nivell d'energia baix, alliberen fotons corresponents a una freqüència específica, aconseguint així una amplificació coherent de la llum.
Característiques del feix:
Els raigs de llum generats pels díodes emissors de llum solen ser incoherents, és a dir, la fase i la freqüència de les ones de llum no tenen una relació fixa. Això fa que el feix de llum del díode emissor de llum es difongui àmpliament i no es pugui enfocar molt. En canvi, els feixos produïts pels díodes làser són coherents, el que significa que la fase i la freqüència de les ones de llum tenen una relació fixa. Això permet que el feix del díode làser estigui molt enfocat, permetent aplicacions més precises.
Característiques espectrals:
L'espectre produït pels díodes emissors de llum és generalment ampli i conté una varietat de longituds d'ona de llum. Això fa que els díodes emissors de llum siguin àmpliament utilitzats en camps d'il·luminació, visualització i retroil·luminació. En canvi, els díodes làser produeixen un espectre estret que només conté longituds d'ona específiques de llum. Això fa que els díodes làser tinguin un valor d'aplicació més elevat en camps com les comunicacions, el mesurament i el tractament mèdic.
Eficiència i potència:
Els díodes emissors de llum són generalment menys eficients perquè part de l'energia es perd en forma de calor. A més, la potència dels díodes emissors de llum sol ser petita, limitant-ne l'ús en aplicacions d'alta potència. En canvi, els díodes làser són més eficients perquè les ones de llum que produeixen poden estar molt enfocades, reduint així la pèrdua d'energia. A més, els díodes làser poden tenir una potència més gran, cosa que els fa adequats per a aplicacions d'alta potència.
Àrees d'aplicació:
Els díodes emissors de llum s'utilitzen àmpliament en il·luminació, visualització, retroil·luminació, transmissió de senyals i altres camps. A causa del seu menor cost i major fiabilitat, la quota de mercat dels díodes emissors de llum en aquests camps està augmentant gradualment. En canvi, els díodes làser s'utilitzen principalment en comunicacions, mesura, medicina, fabricació i altres camps. A causa de les seves característiques d'alta potència, gran enfocament i alta coherència, els díodes làser tenen avantatges únics en aplicacions en aquests camps.

Paràmetres comuns dels díodes làser
(1) Longitud d'ona: és a dir, la longitud d'ona de treball del tub làser. Actualment, les longituds d'ona dels tubs làser que es poden utilitzar com a interruptors fotoelèctrics inclouen 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm, etc.
(2) Corrent llindar Ith: és a dir, el corrent al qual el tub làser comença a generar oscil·lació làser. Per als tubs làser generals de baixa potència, el seu valor és d'unes desenes de mil·liampers. El corrent llindar dels tubs làser amb una estructura de pou quàntic múltiple tensat pot ser tan baix com 10 mA. el següent.
(3) Corrent de funcionament Iop: és a dir, el corrent de conducció quan el tub làser arriba a la potència de sortida nominal. Aquest valor és important per dissenyar i depurar el circuit de conducció làser.
(4) Angle de divergència vertical θ⊥: l'angle en què la tira lluminosa del díode làser s'obre en la direcció perpendicular a la unió PN, generalment al voltant de 15˚~40˚.
(5) Angle de divergència horitzontal θ∥: l'angle en què la banda emissora de llum del díode làser s'obre en la direcció paral·lela a la unió PN, generalment al voltant de 6˚~10˚.
(6) Monitorització del corrent Im: és a dir, el corrent que flueix pel tub PIN quan el tub làser està a la potència de sortida nominal.

Inspecció de díodes làser
(1) Mètode de mesura de resistència: traieu el díode làser i mesureu els seus valors de resistència directa i inversa amb un multímetre en el rang R×1k o R×10k. Normalment, el valor de la resistència directa està entre 20 i 40 kΩ, i el valor de la resistència inversa és ∞ (infinit). Si el valor de la resistència directa mesurat supera els 50 kΩ, vol dir que el rendiment del díode làser ha disminuït. Si el valor de la resistència directa mesurat és superior a 90 kΩ, vol dir que el díode ha estat molt envellit i ja no es pot utilitzar.
(2) Mètode de mesura del corrent: utilitzeu un multímetre per mesurar la caiguda de tensió a través de la resistència de càrrega del circuit d'accionament del díode làser i, a continuació, estimeu el valor actual que flueix pel tub segons la llei d'Ohm. Quan el corrent supera els 100 mA, si s'ajusta el potenciòmetre de potència del làser (vegeu la figura 5) i no hi ha cap canvi evident en el corrent, es pot jutjar que el díode làser està envellint greument. Si el corrent augmenta bruscament i es descontrola, vol dir que la cavitat ressonant òptica del díode làser està danyada.

Hi ha diferències significatives entre els díodes emissors de llum i els díodes làser pel que fa als principis de funcionament, les característiques del feix, les característiques espectrals, l'eficiència i la potència i els camps d'aplicació. Els díodes emissors de llum són adequats per a aplicacions amb fonts de llum incoherents i de baixa potència, com ara il·luminació i pantalles, mentre que els díodes làser són adequats per a aplicacions amb fonts de llum d'alta potència, molt enfocades i altament coherents, com ara comunicacions i mèdiques. Comprendre aquestes diferències ens ajuda a seleccionar i aplicar millor aquestes dues tecnologies de fonts de llum per satisfer les necessitats de diferents camps.

Informació de contacte:

Si teniu alguna idea, no dubteu a parlar amb nosaltres. Independentment d'on siguin els nostres clients i quins siguin els nostres requisits, seguirem el nostre objectiu d'oferir als nostres clients alta qualitat, preus baixos i el millor servei.