LED vs diodi laser: differenza e confronto

Esistono diversi tipi di dispositivi a semiconduttore utilizzati per emettere luce. I LED e i diodi laser sono torce elettriche, dispositivi medici, segnali stradali, ecc. molto comunemente usati, ma la differenza principale tra questi due dispositivi risiede nel principio di funzionamento.

Anche la natura della luce emessa da questi dispositivi è diversa e quindi ha diverse applicazioni.

Punti chiave

1. I diodi LED (Light Emitting Diode) emettono luce facendo passare una corrente elettrica attraverso un materiale semiconduttore, mentre i diodi laser producono luce coerente attraverso l'emissione stimolata di fotoni.
2. I diodi laser emettono una luce più focalizzata, intensa e direzionale rispetto ai LED, producendo una luce diffusa e più ampia.
3. LED e diodi laser sono utilizzati in varie applicazioni, come l'illuminazione, la comunicazione e l'elettronica, ma le loro proprietà distinte li rendono adatti a scopi diversi.

LED contro diodo laser

I LED funzionano convertendo l'energia elettrica direttamente in energia luminosa tramite un processo chiamato elettroluminescenza. I LED sono comunemente utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni. I diodi laser, d'altro canto, emettono luce tramite emissione stimolata. Come i LED, i diodi laser sono realizzati in materiali semiconduttori.

Il LED emette energia luminosa quando le cariche maggioritarie e minoritarie (elettroni e lacune) si ricombinano nella giunzione pn a polarizzazione diretta.

Gli elettroni e le lacune si trovano a livelli energetici diversi, quindi quando i primi saltano dalla banda di conduzione alla banda di valenza, una parte dell'energia viene rilasciata e viene utilizzata per emettere luce.

I diodi laser sono ampiamente utilizzati nelle telecomunicazioni; le parti principali di questo dispositivo sono un fotodiodo, un laser, una lente di vetro nella parte anteriore e una fibra.

I diodi laser funzionano secondo il principio dell'emissione stimolata e la concentrazione dei portatori di carica è molto elevata.

Tavola di comparazione

Parametri di confronto	LED	Diodo laser
Definizione	I LED sono materiali semiconduttori che emettono luce quando sono attraversati da una corrente elettrica.	La forma completa del LED è Light Emitting Diode.
Modulo completo	La forma completa del laser è l'amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni.	Il tempo di risposta del diodo laser è molto più veloce dei LED.
Principio di funzionamento	Il principale principio di funzionamento di un LED si basa sull'elettroluminanza.	Il principale principio di funzionamento di un diodo laser è l'emissione stimolata.
Tempo di risposta	I tempi di risposta dei LED sono molto più lenti dei diodi laser.	La corrente di guida varia da 50mA a 100mA.
Corrente	La corrente di guida varia da 5mA a 40mA.	Il tempo di risposta dei diodi laser è molto più veloce dei LED.
Natura	La luce emessa dal LED è incoerente e si compone di vari colori.	La luce emessa dal diodo laser è coerente e monocromatica.

Cos'è il LED?

Un dispositivo LED è meglio descritto come un diodo a giunzione pn da cui viene emessa la luce quando la corrente lo attraversa.

Nell'area di giunzione, gli elettroni dal lato n si combinano con le lacune dal lato p ed emettono abbastanza energia in luce (e calore).

L'energia luminosa che si forma viene irradiata attraverso la giunzione del diodo. I singoli LED vengono utilizzati per creare punti decimali, mentre diversi LED vengono utilizzati insieme per creare un segmento di linea.

Per comprendere il funzionamento di un LED, è necessario comprendere la teoria quantistica perché è correlata al movimento degli elettroni dai livelli energetici più alti a quelli più bassi.

Durante la costruzione di un LED, è collegato nella polarizzazione diretta in modo che la corrente scorra nella direzione diretta. Gli elettroni si muovono nella direzione opposta.

Poiché esiste un gap energetico tra la banda di conduzione e la banda di valenza, la differenza di questa energia è uguale alla potenza dei fotoni.

I vantaggi derivanti dall’utilizzo dei LED nei display elettronici sono numerosi. Ad esempio, l'intensità delle luci LED può essere controllata in modo molto fluido; a differenza dei diodi laser, emettono vari colori come verde, rosso, giallo, ecc.

Sono anche molto economici sia per scopi domestici che industriali.

Cos'è il diodo laser?

I diodi laser sono ampiamente utilizzati, soprattutto per scopi scientifici e medici. La luce emessa da un diodo laser forma un raggio stretto e può essere rapidamente lanciata da una fibra ottica.

La monocromaticità è una delle principali caratteristiche della luce emessa dai diodi laser. Poiché contengono un solo colore, hanno grandi applicazioni mediche.

Anche i raggi luminosi emessi dai diodi laser sono coerenti, ovvero è presente una sola lunghezza d'onda. Esistono due classi di diodi laser, uno che può emettere luce da solo e un altro che utilizza una sorgente esterna.

Il laser ha un grande vantaggio: la luce può percorrere grandi distanze. Oltre al fatto che può percorrere lunghe distanze, ci sono altri vantaggi nell'utilizzo dei diodi laser.

Ad esempio, i diodi laser consumano poca energia, possono funzionare per lunghe ore, anche il costo di produzione di questa apparecchiatura è comune e le loro dimensioni ridotte li rendono facilmente trasportabili.

Tra i numerosi vantaggi, i diodi laser presentano anche alcuni svantaggi.

Lo svantaggio più significativo è che la luce emessa dal laser è dannosa per i nostri occhi e le prestazioni del dispositivo variano a causa dell'aumento della temperatura (vulnerabile alle alte temperature).

Principali differenze tra LED e diodo laser

1. Il principio di funzionamento del LED e del diodo laser è diverso. Mentre il primo lavora sull'elettroluminanza, il secondo lavora sull'emissione stimolata.
2. La corrente di pilotaggio per il LED è superiore a quella dei diodi laser.
3. Il LED rientra in un intervallo di larghezza di banda ampio (da 10 THz a 50 THz), mentre i diodi laser si trovano in un intervallo di larghezza di banda ristretto (da 1 MHz a 2 MHz).
4. Nei LED la concentrazione dei portatori di carica è molto inferiore a quella dei diodi laser.
5. Il LED ha un'area di giunzione più ampia, e quindi la luce passa attraverso uno spazio molto ampio, mentre i diodi laser hanno un'area di giunzione molto stretta.

Bibliografia

1. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/999188/
2. https://www.nature.com/articles/nphoton.2014.326?draft\u003djournal