Es gibt verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen, die zur Emission von Licht verwendet werden. LEDs und Laserdioden werden sehr häufig in Taschenlampen, medizinischen Geräten, Verkehrssignalen usw. verwendet, der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Geräten liegt jedoch im Funktionsprinzip.
Die Art des von diesen Geräten emittierten Lichts ist ebenfalls unterschiedlich und hat daher unterschiedliche Anwendungen.
Key Take Away
- LED-Dioden (Light Emitting Diode) emittieren Licht, indem sie einen elektrischen Strom durch ein Halbleitermaterial leiten, während Laserdioden kohärentes Licht durch die stimulierte Emission von Photonen erzeugen.
- Laserdioden geben ein fokussierteres, intensiveres und gerichteteres Licht ab als LEDs und erzeugen ein diffuses und breiteres Licht.
- LED- und Laserdioden werden in verschiedenen Anwendungen wie Beleuchtung, Kommunikation und Elektronik eingesetzt, aber ihre unterschiedlichen Eigenschaften machen sie für unterschiedliche Zwecke geeignet.
LED vs. Laserdiode
LEDs funktionieren, indem sie elektrische Energie durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz direkt in Lichtenergie umwandeln. LEDs werden häufig in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Laserdioden hingegen emittieren Licht durch stimulierte Emission. Wie LEDs bestehen Laserdioden aus Halbleitermaterialien.
LED emittieren Lichtenergie, wenn die Majoritäts- und Minoritätsladungen (Elektronen und Löcher) im pn-Übergang mit Durchlassvorspannung rekombinieren.
Die Elektronen und Löcher befinden sich auf unterschiedlichen Energieniveaus. Wenn also Elektronen vom Leitungsband in das Valenzband springen, wird etwas Energie freigesetzt und zur Emission von Licht verwendet.
Laserdioden werden häufig in der Telekommunikation verwendet; die Hauptbestandteile dieses Geräts sind eine Fotodiode, ein Laser, eine Glaslinse an der Vorderseite und eine Glasfaser.
Laserdioden arbeiten nach dem Prinzip der stimulierten Emission, wobei die Ladungsträgerkonzentration in Laserdioden sehr hoch ist.
Vergleichstabelle
| Vergleichsparameter | LED | Laserdiode |
|---|---|---|
| Definition | LEDs sind Halbleitermaterialien, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. | Die vollständige Form von LED ist Light Emitting Diode. |
| Vollständige Form | Die vollständige Form des Lasers ist die Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. | Die Reaktionszeit von Laserdioden ist viel schneller als die von LEDs. |
| Funktionsprinzip | Das Hauptarbeitsprinzip einer LED basiert auf Elektroluminanz. | Das Hauptarbeitsprinzip einer Laserdiode ist die stimulierte Emission. |
| Reaktionszeit | Die Reaktionszeiten von LEDs sind viel langsamer als die von Laserdioden. | Der Stromantrieb reicht von 50 mA bis 100 mA. |
| Aktuell | Der Stromantrieb reicht von 5 mA bis 40 mA. | Die Reaktionszeit von Laserdioden ist viel schneller als die von LEDs. |
| Natur | Das von LED ausgestrahlte Licht ist inkohärent und besteht aus verschiedenen Farben. | Das von der Laserdiode emittierte Licht ist kohärent und monochromatisch. |
Was ist LED?
Ein LED-Gerät lässt sich am besten als eine pn-Sperrschichtdiode beschreiben, von der aus Licht emittiert wird, wenn Strom durch sie fließt.
Im Übergangsbereich verbinden sich die Elektronen der n-Seite mit den Löchern der p-Seite und geben ausreichend Energie in Form von Licht (und Wärme) ab.
Die entstehende Lichtenergie wird durch die Sperrschicht der Diode abgestrahlt. Für die Bildung von Dezimalstellen werden einzelne LEDs verwendet, während mehrere LEDs zusammen verwendet werden, um ein Liniensegment zu erzeugen.
Um die Funktionsweise einer LED zu verstehen, muss man die Quantentheorie verstehen, da sie mit der Bewegung von Elektronen von höheren zu niedrigeren Energieniveaus zusammenhängt.
Beim Aufbau einer LED wird diese in Durchlassrichtung geschaltet, sodass der Strom in Durchlassrichtung fließt. Die Elektronen bewegen sich in die entgegengesetzte Richtung.
Da zwischen dem Leitungsband und dem Valenzband eine Energielücke besteht, ist die Differenz dieser Energie gleich der Leistung der Photonen.
Der Einsatz von LED in elektronischen Displays bietet mehrere Vorteile. So lässt sich beispielsweise die Intensität der LED-Leuchten sehr stufenlos regeln; Im Gegensatz zu Laserdioden emittieren sie verschiedene Farben wie Grün, Rot, Gelb usw.
Sie sind auch sehr wirtschaftlich für Haushalts- und Industriezwecke.
Was ist eine Laserdiode?
Laserdioden werden vor allem für wissenschaftliche und medizinische Zwecke in großem Umfang eingesetzt. Das von einer Laserdiode emittierte Licht bildet einen schmalen Strahl und kann schnell aus einer optischen Faser ausgekoppelt werden.
Monochromatizität ist eines der Hauptmerkmale des von Laserdioden emittierten Lichts. Da sie nur eine einzige Farbe enthalten, finden sie große medizinische Anwendungen.
Die von den Laserdioden ausgesandten Lichtstrahlen sind ebenfalls kohärent, das heißt, es ist nur eine einzige Wellenlänge vorhanden. Es gibt zwei Klassen von Laserdioden: eine, die selbst Licht aussenden kann, und eine andere, die eine externe Quelle verwendet.
Laser haben einen großen Vorteil: Licht kann große Entfernungen zurücklegen. Neben der Möglichkeit, weite Strecken zurückzulegen, bietet der Einsatz von Laserdioden noch weitere Vorteile.
Beispielsweise verbrauchen Laserdioden wenig Strom, sie können über viele Stunden betrieben werden, die Herstellungskosten dieser Geräte sind ebenfalls gleich und aufgrund ihrer geringen Größe sind sie leicht tragbar.
Neben mehreren Vorteilen haben Laserdioden auch einige Nachteile.
Der größte Nachteil besteht darin, dass das vom Laser emittierte Licht schädlich für unsere Augen ist und die Leistung des Geräts aufgrund des Temperaturanstiegs schwankt (anfällig für hohe Temperaturen).
Hauptunterschiede zwischen LED und Laserdiode
- Das Funktionsprinzip von LED und Laserdiode ist unterschiedlich. Während erstere auf Elektrolumineszenz basiert, arbeitet letztere auf stimulierter Emission.
- Der Treiberstrom für LEDs ist höher als der von Laserdioden.
- LEDs verfügen über einen breiten Bandbreitenbereich (10 THz bis 50 THz), wohingegen Laserdioden über einen schmalen Bandbreitenbereich (1 MHz bis 2 MHz) verfügen.
- Bei LED ist die Konzentration der Ladungsträger deutlich geringer als bei Laserdioden.
- LEDs haben eine breitere Übergangsfläche und daher dringt das Licht durch einen sehr großen Raum, wohingegen Laserdioden eine sehr schmale Übergangsfläche haben.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/999188/
- https://www.nature.com/articles/nphoton.2014.326?draft\u003djournal
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