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 مصابيح LED عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية مباشرة إلى طاقة ضوئية من خلال عملية تسمى بالكهرباء الضوئية. تُستخدم مصابيح LED بشكل شائع في مجموعة واسعة من التطبيقات. من ناحية أخرى، تصدر ثنائيات الليزر الضوء من خلال الانبعاث المحفز. مثل مصابيح LED، تتكون ثنائيات الليزر من مواد شبه موصلة.
ينبعث LED من الطاقة الضوئية عندما تتحد شحنات الأغلبية والأقلية (الإلكترونات والثقوب) في مفترق التحيز الأمامي pn.
توجد الإلكترونات والثقوب في مستويات طاقة مختلفة، لذلك عندما يقفز الأول من نطاق التوصيل إلى نطاق التكافؤ، يتم إطلاق بعض الطاقة واستخدامها لإصدار الضوء.
تستخدم الثنائيات الليزرية على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية؛ الأجزاء الرئيسية لهذا الجهاز هي الثنائي الضوئي والليزر والعدسة الزجاجية في المقدمة والألياف.
تعمل ثنائيات الليزر على مبدأ الانبعاث المحفز، ويكون تركيز حاملات الشحنة مرتفعًا 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 الصمام الثنائي pn تقاطع من حيث ينبعث الضوء عندما يمر التيار عبره.
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 مصابيح LED، يحتاج المرء إلى فهم نظرية الكم لأنها مرتبطة بحركة الإلكترونات من مستويات الطاقة الأعلى إلى مستويات الطاقة الأدنى.
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 العديد من المزايا لاستخدام LED في شاشات العرض الإلكترونية. على سبيل المثال، يمكن التحكم في شدة مصابيح LED بسلاسة شديدة؛ على عكس ثنائيات الليزر، فإنها تنبعث منها ألوان مختلفة مثل الأخضر والأحمر والأصفر وما إلى ذلك.
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.
تكون أشعة الضوء المنبعثة من ثنائيات الليزر متماسكة أيضًا، مما يعني وجود طول موجي واحد فقط. هناك فئتان من صمامات الليزر الثنائية، واحدة يمكنها إصدار الضوء من تلقاء نفسها والأخرى تستخدم 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.
وأهم عيب هو أن الضوء المنبعث من الليزر يضر بأعيننا، ويختلف أداء الجهاز بسبب ارتفاع درجة الحرارة (التعرض لارتفاع درجة الحرارة).
الاختلافات الرئيسية بين الصمام الثنائي والليزر
- يختلف مبدأ عمل الصمام الثنائي LED والليزر. بينما يعمل الأول على الإضاءة الكهربائية، يعمل الأخير على الانبعاث المحفز.
- التيار الدافع للـ LED هو أكثر من ثنائيات الليزر.
- يقع LED في نطاق عرض النطاق الترددي الواسع (10 هرتز إلى 50 هرتز)، في حين تقع الثنائيات الليزرية في نطاق عرض النطاق الترددي الضيق (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
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 ♥ ️
