Η διαφορά μεταξύ διόδων εκπομπής φωτός και διόδων λέιζερ

Στη σύγχρονη τεχνολογία, οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) καιΔίοδοι λέιζερ (LD)είναι δύο κοινές τεχνολογίες πηγής φωτός. Αν και είναι παρόμοια σε ορισμένες πτυχές, έχουν σημαντικές διαφορές ως προς την αρχή λειτουργίας, την εφαρμογή και την απόδοση.

Η διαφορά στην αρχή της εκπομπής φωτός: Το LED χρησιμοποιεί ανασυνδυασμό αυθόρμητης εκπομπής φορέων που εγχέονται στην ενεργή περιοχή για να εκπέμπουν φως, ενώ το LD χρησιμοποιεί ανασυνδυασμό διεγερμένης εκπομπής για να εκπέμπει φως. Η κατεύθυνση και η φάση των φωτονίων που εκπέμπονται από τη δίοδο εκπομπής φωτός είναι τυχαίες, ενώ τα φωτόνια που εκπέμπονται από τη δίοδο λέιζερ είναι στην ίδια κατεύθυνση και φάση.

Το LED είναι η συντομογραφία του Light Emitting Diode. Εμφανίζεται ευρέως στην καθημερινή ζωή, όπως ενδεικτικές λυχνίες οικιακών συσκευών, πίσω αντιθαμβωτικά φώτα αυτοκινήτων κ.λπ. Τα πιο αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά των LED είναι η μεγάλη διάρκεια ζωής τους και η υψηλή απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής. Βασικά, στη διασταύρωση PN ορισμένων υλικών ημιαγωγών, όταν οι εγχυόμενοι φορείς μειοψηφίας ανασυνδυάζονται με τους πλειοψηφικούς φορείς, η περίσσεια ενέργειας θα απελευθερωθεί με τη μορφή φωτός, μετατρέποντας έτσι απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε φωτεινή ενέργεια. Όταν εφαρμόζεται αντίστροφη τάση στη διασταύρωση PN, είναι δύσκολο να εγχυθούν οι φορείς μειοψηφίας, επομένως δεν εκπέμπει φως. Αυτός ο τύπος διόδου που κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας την αρχή της ηλεκτροφωταύγειας έγχυσης ονομάζεται δίοδος εκπομπής φωτός, κοινώς γνωστή ως LED.

LD είναι η αγγλική συντομογραφία της διόδου λέιζερ. Η φυσική δομή της διόδου λέιζερ είναι να τοποθετεί ένα στρώμα φωτοενεργού ημιαγωγού μεταξύ των ενώσεων της διόδου εκπομπής φωτός. Η ακραία του επιφάνεια είναι μερικώς ανακλαστική αφού γυαλιστεί, σχηματίζοντας έτσι μια κοιλότητα οπτικού συντονισμού. Στην περίπτωση της πόλωσης προς τα εμπρός, η διασταύρωση LED εκπέμπει φως και αλληλεπιδρά με την κοιλότητα οπτικού συντονισμού, διεγείροντας έτσι περαιτέρω την εκπομπή ενός μόνο μήκους κύματος φωτός από τη διασταύρωση. Οι φυσικές ιδιότητες αυτού του φωτός εξαρτώνται από το υλικό. Η αρχή λειτουργίας των διόδων λέιζερ ημιαγωγών είναι θεωρητικά η ίδια με αυτή των λέιζερ αερίου. Οι δίοδοι λέιζερ χρησιμοποιούνται ευρέως σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές χαμηλής κατανάλωσης, όπως μονάδες CD σε υπολογιστές και κεφαλές εκτύπωσης σε εκτυπωτές λέιζερ.

Μια σύντομη περιγραφή των διαφορών στις αρχές, την αρχιτεκτονική και την απόδοση μεταξύ των δύο.
(1) Διαφορά στην αρχή λειτουργίας: Το LED χρησιμοποιεί ανασυνδυασμό αυθόρμητης εκπομπής φορέων που εγχέονται στην ενεργή περιοχή για να εκπέμπουν φως, ενώ το LD χρησιμοποιεί ανασυνδυασμό διεγερμένης εκπομπής για να εκπέμπει φως.
(2) Διαφορά στην αρχιτεκτονική: Το LD έχει μια κοιλότητα οπτικού συντονισμού, η οποία επιτρέπει στα φωτόνια που δημιουργούνται να ταλαντώνονται και να ενισχύονται στην κοιλότητα, ενώ το LED δεν έχει κοιλότητα συντονισμού.
(3) Διαφορά στην απόδοση: Το LED δεν έχει χαρακτηριστικά κρίσιμης τιμής και η φασματική του πυκνότητα είναι αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από αυτή του LD. Η ισχύς εξόδου φωτός του LED είναι μικρή και η γωνία απόκλισης είναι μεγάλη.

Αρχή λειτουργίας:
Μια δίοδος εκπομπής φωτός είναι μια συσκευή ημιαγωγών που παράγει φως με έγχυση ηλεκτρονίων και οπών. Όταν τα ηλεκτρόνια και οι οπές ανασυνδυάζονται, η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μορφή φωτονίων, παράγοντας ορατό φως ή άλλα μήκη κύματος φωτός. Αντίθετα, μια δίοδος λέιζερ είναι ένας ειδικός τύπος διόδου εκπομπής φωτός που παράγει φως μέσω διεγερμένης εκπομπής ακτινοβολίας. Σε μια δίοδο λέιζερ, όταν τα ηλεκτρόνια μεταβαίνουν από ένα επίπεδο υψηλής ενέργειας σε ένα χαμηλό ενεργειακό επίπεδο, απελευθερώνουν φωτόνια που αντιστοιχούν σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, επιτυγχάνοντας έτσι συνεκτική ενίσχυση του φωτός.
Χαρακτηριστικά δοκού:
Οι δέσμες φωτός που παράγονται από τις διόδους εκπομπής φωτός είναι συνήθως ασυνάρτητες, δηλαδή, η φάση και η συχνότητα των κυμάτων φωτός δεν έχουν σταθερή σχέση. Αυτό κάνει τη δέσμη φωτός της διόδου εκπομπής φωτός να εξαπλώνεται ευρέως και να μην μπορεί να εστιαστεί πολύ. Αντίθετα, οι δέσμες που παράγονται από τις διόδους λέιζερ είναι συνεκτικές, πράγμα που σημαίνει ότι η φάση και η συχνότητα των κυμάτων φωτός έχουν μια σταθερή σχέση. Αυτό επιτρέπει στην δέσμη της διόδου λέιζερ να είναι εξαιρετικά εστιασμένη, επιτρέποντας πιο ακριβείς εφαρμογές.
Φασματικά χαρακτηριστικά:
Το φάσμα που παράγεται από τις δίοδοι εκπομπής φωτός είναι γενικά ευρύ και περιέχει ποικίλα μήκη κύματος φωτός. Αυτό κάνει τις διόδους εκπομπής φωτός να χρησιμοποιούνται ευρέως σε πεδία φωτισμού, οθόνης και οπίσθιου φωτισμού. Αντίθετα, οι δίοδοι λέιζερ παράγουν ένα στενό φάσμα που περιέχει μόνο συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός. Αυτό κάνει τις διόδους λέιζερ να έχουν υψηλότερη αξία εφαρμογής σε τομείς όπως οι επικοινωνίες, οι μετρήσεις και η ιατρική περίθαλψη.
Αποδοτικότητα και ισχύς:
Οι δίοδοι εκπομπής φωτός είναι γενικά λιγότερο αποδοτικές επειδή μέρος της ενέργειας χάνεται ως θερμότητα. Επιπλέον, η ισχύς των διόδων εκπομπής φωτός είναι συνήθως μικρή, περιορίζοντας τη χρήση τους σε εφαρμογές υψηλής ισχύος. Αντίθετα, οι δίοδοι λέιζερ είναι πιο αποδοτικές επειδή τα κύματα φωτός που παράγουν μπορούν να εστιαστούν σε μεγάλο βαθμό, μειώνοντας έτσι την απώλεια ενέργειας. Επιπλέον, οι δίοδοι λέιζερ μπορεί να έχουν μεγαλύτερη ισχύ, καθιστώντας τις κατάλληλες για εφαρμογές υψηλής ισχύος.
Τομείς εφαρμογής:
Οι δίοδοι εκπομπής φωτός χρησιμοποιούνται ευρέως στον φωτισμό, την οθόνη, τον οπίσθιο φωτισμό, τη μετάδοση σήματος και άλλα πεδία. Λόγω του χαμηλότερου κόστους και της υψηλότερης αξιοπιστίας τους, το μερίδιο αγοράς των διόδων εκπομπής φωτός σε αυτούς τους τομείς αυξάνεται σταδιακά. Αντίθετα, οι δίοδοι λέιζερ χρησιμοποιούνται κυρίως στις επικοινωνίες, τις μετρήσεις, την ιατρική, την κατασκευή και άλλους τομείς. Λόγω της υψηλής ισχύος τους, της υψηλής εστίασης και των χαρακτηριστικών υψηλής συνοχής, οι δίοδοι λέιζερ έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα σε εφαρμογές σε αυτούς τους τομείς.

Κοινές παράμετροι διόδων λέιζερ
(1) Μήκος κύματος: δηλαδή το μήκος κύματος εργασίας του σωλήνα λέιζερ. Επί του παρόντος, τα μήκη κύματος των σωλήνων λέιζερ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φωτοηλεκτρικοί διακόπτες περιλαμβάνουν 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm, κ.λπ.
(2) Ρεύμα κατωφλίου Ith: δηλαδή το ρεύμα στο οποίο ο σωλήνας λέιζερ αρχίζει να δημιουργεί ταλάντωση λέιζερ. Για γενικούς σωλήνες λέιζερ χαμηλής ισχύος, η τιμή του είναι περίπου δεκάδες milliamperes. Το ρεύμα κατωφλίου των σωλήνων λέιζερ με μια τεντωμένη δομή πολλαπλών κβαντικών φρεατίων μπορεί να είναι τόσο χαμηλό όσο 10 mA. το ακόλουθο.
(3) Ρεύμα λειτουργίας Iop: Δηλαδή, το ρεύμα οδήγησης όταν ο σωλήνας λέιζερ φτάσει την ονομαστική ισχύ εξόδου. Αυτή η τιμή είναι σημαντική για το σχεδιασμό και τον εντοπισμό σφαλμάτων του κυκλώματος οδήγησης λέιζερ.
(4) Κατακόρυφη γωνία απόκλισης θ⊥: Η γωνία με την οποία ανοίγει η φωτεινή λωρίδα της διόδου λέιζερ προς την κατεύθυνση κάθετη προς τη διασταύρωση PN, γενικά γύρω στους 15˚~40˚.
(5) Οριζόντια γωνία απόκλισης θ∥: Η γωνία στην οποία η ζώνη εκπομπής φωτός της διόδου λέιζερ ανοίγει προς την κατεύθυνση παράλληλη προς τη διασταύρωση PN, γενικά γύρω στα 6˚~10˚.
(6) Ρεύμα παρακολούθησης Im: δηλαδή το ρεύμα που ρέει μέσω του σωλήνα PIN όταν ο σωλήνας λέιζερ είναι στην ονομαστική ισχύ εξόδου.

Επιθεώρηση διόδων λέιζερ
(1) Μέθοδος μέτρησης αντίστασης: Αφαιρέστε τη δίοδο λέιζερ και μετρήστε τις τιμές αντίστασης προς τα εμπρός και προς τα πίσω με ένα πολύμετρο στην περιοχή R×1k ή R×10k. Κανονικά, η τιμή αντίστασης προς τα εμπρός είναι μεταξύ 20 και 40 kΩ και η τιμή αντίστροφης αντίστασης είναι ∞ (άπειρο). Εάν η μετρηθείσα τιμή εμπρόσθιας αντίστασης υπερβαίνει τα 50 kΩ, σημαίνει ότι η απόδοση της διόδου λέιζερ έχει μειωθεί. Εάν η μετρούμενη τιμή αντίστασης προς τα εμπρός είναι μεγαλύτερη από 90 kΩ, σημαίνει ότι η δίοδος έχει παλιώσει σοβαρά και δεν μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί.
(2) Μέθοδος μέτρησης ρεύματος: Χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο για να μετρήσετε την πτώση τάσης στην αντίσταση φορτίου στο κύκλωμα κίνησης διόδου λέιζερ και, στη συνέχεια, υπολογίστε την τιμή ρεύματος που ρέει μέσω του σωλήνα σύμφωνα με το νόμο του Ohm. Όταν το ρεύμα υπερβαίνει τα 100 mA, εάν το ποτενσιόμετρο ισχύος λέιζερ είναι ρυθμισμένο (βλ. Εικόνα 5) και δεν υπάρχει εμφανής αλλαγή στο ρεύμα, μπορεί να κριθεί ότι η δίοδος λέιζερ γερνάει σοβαρά. Εάν το ρεύμα αυξηθεί απότομα και βγει εκτός ελέγχου, σημαίνει ότι η κοιλότητα οπτικού συντονισμού της διόδου λέιζερ έχει υποστεί ζημιά.

Υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των διόδων εκπομπής φωτός και των διόδων λέιζερ όσον αφορά τις αρχές λειτουργίας, τα χαρακτηριστικά δέσμης, τα φασματικά χαρακτηριστικά, την απόδοση και την ισχύ και τα πεδία εφαρμογής. Οι δίοδοι εκπομπής φωτός είναι κατάλληλες για εφαρμογές με χαμηλής ισχύος, ασυνάρτητες πηγές φωτός, όπως φωτισμός και οθόνες, ενώ οι δίοδοι λέιζερ είναι κατάλληλες για εφαρμογές με πηγές φωτός υψηλής ισχύος, υψηλής εστίασης και υψηλής συνοχής, όπως επικοινωνίες και ιατρικές. Η κατανόηση αυτών των διαφορών μας βοηθά να επιλέγουμε και να εφαρμόζουμε καλύτερα αυτές τις δύο τεχνολογίες φωτεινών πηγών για να ανταποκριθούμε στις ανάγκες διαφορετικών πεδίων.

Στοιχεία επικοινωνίας:

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ιδέες, μη διστάσετε να μιλήσετε μαζί μας. Ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται οι πελάτες μας και ποιες είναι οι απαιτήσεις μας, θα ακολουθήσουμε τον στόχο μας να παρέχουμε στους πελάτες μας υψηλή ποιότητα, χαμηλές τιμές και την καλύτερη εξυπηρέτηση.