Світлодіоди (світловипромінюючі діоди) і лазери (підсилення світла шляхом стимульованого випромінювання випромінювання) є двома фотонними пристроями, які найбільш широко використовуються в різних сферах застосування, наприклад, освітлення, передача даних, медичні та військові системи. Хоча і світлодіодні, і лазерні пристрої генерують світло, вони мають різні структури та механізми випромінювання світла. У цій статті ми обговоримо відмінності між світлодіодними та лазерними структурами.
1. Світлодіодна структура
Світлодіоди зазвичай виготовляються з напівпровідникових матеріалів, таких як арсенід галію (GaAs) або нітрид галію (GaN). Вони складаються з pn-переходу, де електрони та дірки об’єднуються та вивільняють енергію у вигляді світлових фотонів. Світлодіоди можна класифікувати на два типи: з прямою забороненою зоною та з непрямою забороненою зоною. Світлодіоди з прямою забороненою зоною випромінюють світло безпосередньо від рекомбінації електронів і дірок, тоді як світлодіодам з непрямою забороненою зоною для випромінювання світла потрібна допомога сусіднього кристалічного дефекту. Світлодіоди, як правило, є малопотужними пристроями і можуть випромінювати світло різних кольорів, включаючи червоний, зелений, синій і білий.
2. Лазерна структура
З іншого боку, лазери складаються з трьох основних елементів: активного середовища, джерела накачування та резонансної порожнини. Активне середовище - це матеріал, здатний підсилювати світло шляхом вимушеного випромінювання. Джерело накачування забезпечує енергію для збудження атомів або молекул в активному середовищі до більш високого рівня енергії. Резонансна порожнина забезпечує зворотний зв'язок для посилення світла, випромінюваного активним середовищем. Лазерні структури можна класифікувати на два основних типи: з крайовим випромінюванням і з поверхневим випромінюванням. Лазери, що випромінюють край, випромінюють світло від краю пристрою, тоді як лазери, що випромінюють поверхню, випромінюють світло від поверхні.
3. Відмінності між світлодіодними та лазерними структурами
Основна відмінність світлодіодних і лазерних структур полягає в механізмі їх роботи. Світлодіоди випромінюють світло, коли електрони рекомбінуються з дірками, і світло потім спонтанно випромінюється в усіх напрямках. Навпаки, лазери випромінюють світло, коли збуджені атоми або молекули в активному середовищі випромінюють фотони, які стимулюють інші атоми або молекули випромінювати більше фотонів, що призводить до когерентного пучка світла. Когерентна та спрямована природа лазерного світла дозволяє йому поширюватися набагато далі, ніж світлодіодне світло.
Ще одна відмінність полягає в складності конструкцій. У той час як світлодіодні структури, як правило, простіші та потребують менше енергії, лазерні конструкції складніші та потребують більшої потужності для роботи. Це пояснюється тим, що лазерам потрібен резонансний резонатор для створення зворотного зв’язку, необхідного для когерентного випромінювання світла, тоді як світлодіодам цього не потрібно.
Таким чином, світлодіоди та лазери є різними фотонічними пристроями з різними структурами та механізмами випромінювання світла. Світлодіоди випромінюють світло від pn-переходу, коли електрони та дірки рекомбінують, тоді як лазери випромінюють когерентне та спрямоване світло через стимульоване випромінювання в активному середовищі всередині резонансної порожнини. Обидва пристрої мають різне застосування та переваги залежно від конкретних вимог системи.
