Lysdioder (Light Emitting Diodes) och Lasrar (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) är två av de mest använda fotonikenheterna i olika applikationer som belysning, datakommunikation, medicinska och militära system. Även om både LED- och laserenheter genererar ljus, har de olika strukturer och mekanismer för ljusemission. I den här artikeln kommer vi att diskutera skillnaderna mellan LED- och laserstrukturer.
1. LED-struktur
Lysdioder är vanligtvis gjorda av halvledarmaterial som galliumarsenid (GaAs) eller galliumnitrid (GaN). De är sammansatta av en pn-övergång, där elektroner och hål kombineras och frigör energi i form av ljusfotoner. Lysdioder kan kategoriseras i två typer: direkt bandgap och indirekt bandgap. Lysdioder med direkt bandgap avger ljus direkt från rekombinationen av elektroner och hål, medan indirekta bandgap-lysdioder kräver hjälp av en närliggande kristalldefekt för att avge ljus. Lysdioder är vanligtvis lågeffektsenheter och kan avge ljus i olika färger, inklusive rött, grönt, blått och vitt.
2. Laserstruktur
Lasrar, å andra sidan, är sammansatta av tre grundläggande element: ett aktivt medium, en pumpkälla och en resonanshålighet. Det aktiva mediet är ett material som kan förstärka ljus genom stimulerad emission. Pumpkällan tillhandahåller energi för att excitera atomerna eller molekylerna i det aktiva mediet till en högre energinivå. Resonantkaviteten ger återkoppling för att förstärka ljuset som emitteras av det aktiva mediet. Laserstrukturer kan klassificeras i två huvudtyper: kant-emitterande och ytemitterande. Kantavgivande lasrar avger ljus från enhetens kant, medan ytemitterande lasrar avger ljus från ytan.
3. Skillnader mellan LED- och laserstrukturer
Den största skillnaden mellan LED- och laserstrukturer ligger i deras funktionsmekanism. Lysdioder avger ljus när elektroner rekombinerar med hål, och ljuset sänds sedan ut spontant i alla riktningar. Däremot avger lasrar ljus när exciterade atomer eller molekyler i det aktiva mediet avger fotoner som stimulerar andra atomer eller molekyler att avge fler fotoner, vilket resulterar i en sammanhängande ljusstråle. Laserljusets sammanhängande och riktade karaktär gör att det kan resa mycket längre än LED-ljus.
En annan skillnad är strukturernas komplexitet. Medan LED-strukturer i allmänhet är enklare och kräver mindre effekt, är laserstrukturer mer komplexa och kräver högre effekt för att fungera. Detta beror på att lasrar kräver en resonanshålighet för att skapa den återkoppling som krävs för koherent ljusemission, medan lysdioder inte gör det.
Sammanfattningsvis är lysdioder och lasrar olika fotonikenheter med olika strukturer och mekanismer för ljusemission. Lysdioder avger ljus från en pn-övergång när elektroner och hål rekombineras, medan lasrar avger koherent och riktat ljus genom stimulerad emission i ett aktivt medium i en resonanshålighet. Båda enheterna har olika tillämpningar och fördelar beroende på systemets specifika krav.
