هناك عدة أنواع من أجهزة أشباه الموصلات المستخدمة في انبعاث الضوء. تستخدم مصابيح LED وثنائيات الليزر بشكل شائع المصابيح اليدوية والأجهزة الطبية وإشارات المرور وما إلى ذلك ، ولكن الاختلاف الرئيسي بين هذين الجهازين يكمن في مبدأ العمل.
تختلف طبيعة الضوء المنبعث من هذه الأجهزة أيضًا وبالتالي لها تطبيقات مختلفة.
الوجبات السريعة الرئيسية
- تبعث ثنائيات LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) الضوء عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر مادة شبه موصلة ، بينما تنتج ثنائيات الليزر ضوءًا متماسكًا من خلال الانبعاث المحفز للفوتونات.
- تصدر ثنائيات الليزر ضوءًا أكثر تركيزًا وشدة واتجاهًا من مصابيح LED ، مما ينتج عنه ضوء منتشر وأوسع.
- تُستخدم ثنائيات LED والليزر في تطبيقات مختلفة ، مثل الإضاءة والاتصالات والإلكترونيات ، ولكن خصائصها المميزة تجعلها مناسبة لأغراض مختلفة.
LED مقابل ليزر ديود
تعمل المصابيح عن طريق التحويل كهربائي الطاقة مباشرة إلى طاقة ضوئية من خلال عملية تسمى التلألؤ الكهربائي. يشيع استخدام مصابيح LED على نطاق واسع نطاق من التطبيقات. من ناحية أخرى ، تصدر ثنائيات الليزر الضوء من خلال الانبعاث المحفز. مثل مصابيح LED ، فإن ثنائيات الليزر مصنوعة من مواد شبه موصلة.
LED ينبعث طاقة ضوئية عندما تتحد شحنات الأغلبية والأقلية (الإلكترونات والثقوب) في مفترق التحيز الأمامي pn.
تكون الإلكترونات والثقوب في مستويات طاقة مختلفة ، لذلك عندما يقفز الأول من نطاق التوصيل إلى فرقة الستارة، يتم إطلاق بعض الطاقة واستخدامها في انبعاث الضوء.
تستخدم ثنائيات الليزر على نطاق واسع في الاتصالات ؛ الأجزاء الرئيسية لهذا الجهاز هي ملف الضوئيوالليزر وعدسة زجاجية في الأمام وألياف.
تعمل ثنائيات الليزر على مبدأ الانبعاث المحفز ، و من التركيز من حاملات الشحنة عالية جدًا في ثنائيات الليزر.
جدول المقارنة
| معلمات المقارنة | LED | ليزر ديود |
|---|---|---|
| تعريف | مصابيح LED عبارة عن مواد شبه موصلة تنبعث منها الضوء عندما يمر تيار كهربائي من خلالها. | الشكل الكامل لمصباح LED هو الصمام الثنائي الباعث للضوء. |
| بالشكل الكامل | الشكل الكامل لليزر هو تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع. | وقت استجابة الصمام الثنائي بالليزر أسرع بكثير من مصابيح LED. |
| مبدأ العمل | يعتمد مبدأ العمل الرئيسي لمصباح LED على الإنارة الكهربائية. | مبدأ العمل الرئيسي لديود الليزر هو الانبعاث المحفز. |
| وقت الاستجابة | أوقات استجابة مصابيح LED أبطأ بكثير من ثنائيات الليزر. | تتراوح القيادة الحالية من 50mA إلى 100mA. |
| حالياًّ | تتراوح القيادة الحالية من 5mA إلى 40mA. | وقت استجابة ثنائيات الليزر أسرع بكثير من مصابيح LED. |
| الطبيعة | الضوء المنبعث من LED غير متماسك ويتكون من ألوان مختلفة. | الضوء المنبعث من الصمام الثنائي ليزر متماسك وأحادي اللون. |
ما هو LED؟
أفضل وصف لجهاز LED هو تقاطع pn الصمام الثنائي من حيث ينبعث الضوء عندما يمر التيار من خلاله.
في منطقة التقاطع ، تتحد الإلكترونات من الجانب n مع الثقوب من الجانب p وتنبعث منها طاقة كافية في الضوء (والحرارة).
تشع الطاقة الضوئية المتكونة من خلال تقاطع الصمام الثنائي. تُستخدم مصابيح LED الفردية لعمل النقاط العشرية ، بينما يتم استخدام العديد من مصابيح LED معًا لإنشاء مقطع خطي.
لفهم عمل LED ، صورة واحدة؟ يحتاج إلى فهم نظرية الكم لأنها مرتبطة بحركة الإلكترونات من مستويات طاقة أعلى إلى مستويات طاقة أقل.
أثناء بناء LED ، يتم توصيله في الانحياز الأمامي بحيث يتدفق التيار في الاتجاه الأمامي. تتحرك الإلكترونات في الاتجاه المعاكس.
نظرًا لوجود فجوة طاقة بين نطاق التوصيل ونطاق التكافؤ ، فإن الفرق في هذه الطاقة يساوي قوة الفوتونات.
هناك مزايا عديدة لاستخدام LED في شاشات العرض الإلكترونية. على سبيل المثال ، يمكن التحكم في شدة مصابيح LED بسلاسة تامة ؛ على عكس ثنائيات الليزر ، فإنها تنبعث منها ألوان مختلفة مثل لون أخضر، أحمر ، أصفر ، إلخ.
كما أنها اقتصادية للغاية للأغراض المنزلية والصناعية.
ما هو ليزر ديود؟
تستخدم ثنائيات الليزر على نطاق واسع ، خاصة للأغراض العلمية والطبية. يشكل الضوء المنبعث من الصمام الثنائي الليزري شعاعًا ضيقًا ويمكن إطلاقه بسرعة من الألياف الضوئية.
تعد أحادية اللون إحدى الخصائص الرئيسية للضوء المنبعث من ثنائيات الليزر. لأنها تحتوي على لون واحد فقط ، لها تطبيقات طبية كبيرة.
الحزم الضوئية المنبعثة من ثنائيات الليزر متماسكة أيضًا ، مما يعني وجود طول موجي واحد فقط. هناك اثنان فصول من ثنائيات الليزر ، أحدهما يمكنه إصدار الضوء من تلقاء نفسه والآخر يستخدم مصدرًا خارجيًا.
يتميز الليزر بميزة كبيرة: يمكن للضوء أن يسافر لمسافات طويلة. إلى جانب حقيقة أنه يمكن أن يسافر لمسافات طويلة ، هناك مزايا أخرى لاستخدام ثنائيات الليزر.
على سبيل المثال ، تستهلك ثنائيات الليزر طاقة منخفضة ، ويمكنها العمل لساعات طويلة ، كما أن تكلفة تصنيع هذا الجهاز شائعة أيضًا ، كما أن صغر حجمها يجعلها سهلة الحمل.
من بين العديد من المزايا ، تحتوي ثنائيات الليزر أيضًا على بعض العيوب.
العيب الأكثر أهمية هو أن الضوء المنبعث من الليزر ضار لنا العيون ويختلف أداء الجهاز بسبب ارتفاع درجة الحرارة (عرضة لارتفاع درجة الحرارة).
الاختلافات الرئيسية بين الصمام الثنائي والليزر
- مبدأ عمل LED والصمام الثنائي ليزر مختلف. بينما السابق يعمل على كهرباء-الإضاءة ، وهذا الأخير يعمل على تحفيز الانبعاث.
- التيار الدافع للـ LED هو أكثر من ثنائيات الليزر.
- LED يكمن في نطاق واسع عرض النطاق الترددي النطاق (من 10 إلى 50 هرتز) ، بينما تقع صمامات الليزر الثنائية في نطاق عرض نطاق ضيق (1 ميجا هرتز إلى 2 ميجا هرتز).
- في LED ، يكون تركيز حاملات الشحنة أقل بكثير من تركيز ثنائيات الليزر.
- يحتوي LED على منطقة تقاطع أوسع ، وبالتالي يمر الضوء عبر مساحة واسعة جدًا ، بينما تحتوي صمامات الليزر على منطقة تقاطع ضيقة جدًا.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/999188/
- https://www.nature.com/articles/nphoton.2014.326?draft\u003djournal
آخر تحديث: 25 يوليو 2023
لقد بذلت الكثير من الجهد في كتابة منشور المدونة هذا لتقديم قيمة لك. سيكون مفيدًا جدًا بالنسبة لي ، إذا كنت تفكر في مشاركته على وسائل التواصل الاجتماعي أو مع أصدقائك / عائلتك. المشاركة هي ♥ ️
أمضى بيوش ياداف السنوات الخمس والعشرين الماضية في العمل كفيزيائي في المجتمع المحلي. إنه فيزيائي شغوف بجعل العلم في متناول قرائنا. وهو حاصل على بكالوريوس في العلوم الطبيعية ودبلوم دراسات عليا في علوم البيئة. يمكنك قراءة المزيد عنه على موقعه صفحة بيو.
