Υπάρχουν διάφοροι τύποι συσκευών ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται για την εκπομπή φωτός. Τα LED και οι δίοδοι λέιζερ είναι πολύ συχνά χρησιμοποιούμενοι φακοί, ιατρικές συσκευές, σήματα κυκλοφορίας κ.λπ., αλλά η κύρια διαφορά μεταξύ αυτών των δύο συσκευών έγκειται στην αρχή λειτουργίας.
Η φύση του φωτός που εκπέμπεται από αυτές τις συσκευές είναι επίσης διαφορετική και ως εκ τούτου έχει διαφορετικές εφαρμογές.
Βασικές τακτικές
- Οι δίοδοι LED (Light Emitting Diode) εκπέμπουν φως περνώντας ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από ένα υλικό ημιαγωγών, ενώ οι δίοδοι λέιζερ παράγουν συνεκτικό φως μέσω της διεγερμένης εκπομπής φωτονίων.
- Οι δίοδοι λέιζερ εκπέμπουν πιο εστιασμένο, έντονο και κατευθυντικό φως από τα LED, παράγοντας διάχυτο και ευρύτερο φως.
- Οι δίοδοι LED και λέιζερ χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές, όπως φωτισμό, επικοινωνία και ηλεκτρονικά, αλλά οι ξεχωριστές ιδιότητές τους τις καθιστούν κατάλληλες για διαφορετικούς σκοπούς.
LED vs δίοδος λέιζερ
Τα LED λειτουργούν με μετατροπή ηλεκτρικός ενέργεια απευθείας σε φωτεινή ενέργεια μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτροφωταύγεια. Τα LED χρησιμοποιούνται συνήθως σε ένα ευρύ σειρά των εφαρμογών. Οι δίοδοι λέιζερ, από την άλλη πλευρά, εκπέμπουν φως μέσω διεγερμένης εκπομπής. Όπως τα LED, έτσι και οι δίοδοι λέιζερ κατασκευάζονται από υλικά ημιαγωγών.
LED εκπέμπει φωτεινή ενέργεια όταν τα φορτία της πλειοψηφίας και της μειοψηφίας (ηλεκτρόνια και οπές) ανασυνδυάζονται στη διασταύρωση pn πόλωσης προς τα εμπρός.
Τα ηλεκτρόνια και οι οπές βρίσκονται σε διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα, οπότε όταν το πρώτο μεταπηδά από τη ζώνη αγωγιμότητας στο μπάντα valance, απελευθερώνεται κάποια ενέργεια και χρησιμοποιείται για την εκπομπή φωτός.
Οι δίοδοι λέιζερ χρησιμοποιούνται ευρέως στις τηλεπικοινωνίες. Τα κύρια μέρη αυτής της συσκευής είναι α φωτοδίοδος, λέιζερ, γυάλινος φακός μπροστά και ίνες.
Οι δίοδοι λέιζερ λειτουργούν με βάση την αρχή της διεγερμένης εκπομπής, και η συγκέντρωση των φορέων φόρτισης είναι πολύ υψηλή σε διόδους λέιζερ.
Συγκριτικός πίνακας
| Παράμετροι σύγκρισης | LED | Δίοδος λέιζερ |
|---|---|---|
| Ορισμός | Τα LED είναι υλικά ημιαγωγών που εκπέμπουν φως όταν τα διαπερνά ηλεκτρικό ρεύμα. | Η πλήρης μορφή LED είναι δίοδος εκπομπής φωτός. |
| Πλήρη μορφή | Η πλήρης μορφή του λέιζερ είναι η ενίσχυση φωτός με διεγερμένη εκπομπή ακτινοβολίας. | Ο χρόνος απόκρισης της διόδου λέιζερ είναι πολύ πιο γρήγορος από τα LED. |
| Αρχή Εργασίας | Η κύρια αρχή λειτουργίας ενός LED βασίζεται στην ηλεκτροφωτεινότητα. | Η κύρια αρχή λειτουργίας μιας διόδου λέιζερ είναι η διεγερμένη εκπομπή. |
| Χρόνος Απόκρισης | Οι χρόνοι απόκρισης των LED είναι πολύ πιο αργοί από τις διόδους λέιζερ. | Η τρέχουσα οδήγηση κυμαίνεται από 50mA έως 100mA. |
| Ρεύμα | Η τρέχουσα οδήγηση κυμαίνεται από 5mA έως 40mA. | Ο χρόνος απόκρισης των διόδων λέιζερ είναι πολύ πιο γρήγορος από τα LED. |
| Φύση | Το φως που εκπέμπεται από το LED είναι ασυνάρτητο και περιλαμβάνει διάφορα χρώματα. | Το φως που εκπέμπεται από τη δίοδο λέιζερ είναι συνεκτικό και μονοχρωματικό. |
Τι είναι το LED;
Μια συσκευή LED περιγράφεται καλύτερα ως διασταύρωση pn διόδου από όπου εκπέμπεται φως όταν περνάει ρεύμα.
Στην περιοχή διασταύρωσης, τα ηλεκτρόνια από την πλευρά n συνδυάζονται με τις οπές από την πλευρά p και εκπέμπουν αρκετή ενέργεια στο φως (και τη θερμότητα).
Η φωτεινή ενέργεια που σχηματίζεται ακτινοβολείται μέσω της ένωσης της διόδου. Τα μεμονωμένα LED χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία δεκαδικών σημείων, ενώ πολλά LED χρησιμοποιούνται μαζί για τη δημιουργία ενός τμήματος γραμμής.
Για να κατανοήσετε τη λειτουργία ενός LED, ένας πρέπει να κατανοήσει την κβαντική θεωρία επειδή σχετίζεται με την κίνηση των ηλεκτρονίων από υψηλότερα σε χαμηλότερα ενεργειακά επίπεδα.
Κατά την κατασκευή ενός LED, συνδέεται στην εμπρόσθια πόλωση έτσι ώστε το ρεύμα να ρέει προς την εμπρός κατεύθυνση. Τα ηλεκτρόνια κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Δεδομένου ότι υπάρχει ένα ενεργειακό χάσμα μεταξύ της ζώνης αγωγιμότητας και της ζώνης σθένους, η διαφορά σε αυτή την ενέργεια είναι ίση με την ισχύ των φωτονίων.
Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα από τη χρήση LED σε ηλεκτρονικές οθόνες. Για παράδειγμα, η ένταση των φώτων LED μπορεί να ελεγχθεί πολύ ομαλά. σε αντίθεση με τις διόδους λέιζερ εκπέμπουν διάφορα χρώματα όπως π.χ πράσινος, κόκκινο, κίτρινο κ.λπ.
Είναι επίσης πολύ οικονομικά τόσο για οικιακούς όσο και για βιομηχανικούς σκοπούς.
Τι είναι η δίοδος λέιζερ;
Οι δίοδοι λέιζερ χρησιμοποιούνται εκτενώς, ειδικά για επιστημονικούς και ιατρικούς σκοπούς. Το φως που εκπέμπεται από μια δίοδο λέιζερ σχηματίζει μια στενή δέσμη και μπορεί να εκτοξευθεί γρήγορα από μια οπτική ίνα.
Η μονοχρωματικότητα είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του φωτός που εκπέμπεται από τις διόδους λέιζερ. Επειδή περιέχουν μόνο ένα μόνο χρώμα, έχουν μεγάλες ιατρικές εφαρμογές.
Οι δέσμες φωτός που εκπέμπονται από τις δίοδοι λέιζερ είναι επίσης συνεκτικές, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει μόνο ένα μόνο μήκος κύματος. Υπάρχουν δύο τάξεις διόδων λέιζερ, μια που μπορεί να εκπέμπει φως από μόνη της και μια άλλη που χρησιμοποιεί μια εξωτερική πηγή.
Το λέιζερ έχει ένα μεγάλο πλεονέκτημα: το φως μπορεί να ταξιδέψει πολύ αποστάσεις. Εκτός από το γεγονός ότι μπορεί να ταξιδέψει μεγάλες αποστάσεις, υπάρχουν και άλλα πλεονεκτήματα της χρήσης διόδων λέιζερ.
Για παράδειγμα, οι δίοδοι λέιζερ καταναλώνουν χαμηλή ισχύ, μπορούν να λειτουργήσουν για πολλές ώρες, το κόστος κατασκευής αυτού του εξοπλισμού είναι επίσης κοινό και το μικρό τους μέγεθος τις καθιστά εύκολα φορητές.
Μεταξύ πολλών πλεονεκτημάτων, οι δίοδοι λέιζερ έχουν επίσης μερικά μειονεκτήματα.
Το πιο σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι το φως που εκπέμπεται από το λέιζερ είναι επιβλαβές δικός μας μάτια και η απόδοση της συσκευής ποικίλλει λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας (ευάλωτη σε υψηλή θερμοκρασία).
Κύριες διαφορές μεταξύ LED και δίοδος λέιζερ
- Η αρχή λειτουργίας της διόδου LED και λέιζερ είναι διαφορετική. Ενώ το πρώτο δουλεύει electro- φωτεινότητα, η τελευταία λειτουργεί σε διεγερμένη εκπομπή.
- Το ρεύμα οδήγησης για LED είναι μεγαλύτερο από αυτό των διόδων λέιζερ.
- Το LED βρίσκεται σε ένα ευρύ το εύρος ζώνης εύρος (10THz έως 50THz), ενώ οι δίοδοι λέιζερ βρίσκονται σε ένα στενό εύρος εύρους ζώνης (1MHz έως 2MHz).
- Στο LED, η συγκέντρωση των φορέων φόρτισης είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή των διόδων λέιζερ.
- Το LED έχει μια ευρύτερη περιοχή διασταύρωσης, και ως εκ τούτου το φως διέρχεται από έναν πολύ ευρύ χώρο, ενώ οι δίοδοι λέιζερ έχουν μια πολύ στενή περιοχή διασταύρωσης.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/999188/
- https://www.nature.com/articles/nphoton.2014.326?draft\u003djournal
Τελευταία ενημέρωση: 25 Ιουλίου, 2023
Έχω καταβάλει τόση προσπάθεια γράφοντας αυτήν την ανάρτηση ιστολογίου για να σας προσφέρω αξία. Θα είναι πολύ χρήσιμο για μένα, αν σκέφτεστε να το μοιραστείτε στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης ή με τους φίλους/την οικογένειά σας. Η ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΗ ΕΙΝΑΙ ♥️
Ο Piyush Yadav έχει περάσει τα τελευταία 25 χρόνια δουλεύοντας ως φυσικός στην τοπική κοινότητα. Είναι ένας φυσικός που θέλει να κάνει την επιστήμη πιο προσιτή στους αναγνώστες μας. Είναι κάτοχος πτυχίου Φυσικών Επιστημών και Μεταπτυχιακού Διπλώματος στην Επιστήμη του Περιβάλλοντος. Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για αυτόν στο δικό του βιο σελίδα.
