Gaismas izstarošanai izmanto vairāku veidu pusvadītāju ierīces. Gaismas diodes un lāzerdiodes ir ļoti bieži lietoti lukturīši, medicīnas ierīces, luksofori utt., taču galvenā atšķirība starp šīm divām ierīcēm slēpjas darbības principā.
Arī šo ierīču izstarotās gaismas raksturs ir atšķirīgs, un tāpēc to pielietojums ir atšķirīgs.
Atslēgas
- LED (Light Emitting Diode) diodes izstaro gaismu, izlaižot elektrisko strāvu caur pusvadītāju materiālu, savukārt lāzerdiodes rada koherentu gaismu, izmantojot stimulētu fotonu emisiju.
- Lāzera diodes izstaro fokusētāku, intensīvāku un virzīgāku gaismu nekā LED, radot izkliedētu un plašāku gaismu.
- LED un lāzera diodes tiek izmantotas dažādos lietojumos, piemēram, apgaismojumā, komunikācijā un elektronikā, taču to atšķirīgās īpašības padara tās piemērotas dažādiem mērķiem.
LED vs lāzera diode
Gaismas diodes darbojas, pārveidojot elektrības enerģiju tieši gaismas enerģijā, izmantojot procesu, ko sauc par elektroluminiscenci. Gaismas diodes parasti izmanto plašā diapazons pieteikumu. No otras puses, lāzera diodes izstaro gaismu, izmantojot stimulētu emisiju. Tāpat kā gaismas diodes, lāzerdiodes ir izgatavotas no pusvadītāju materiāliem.
LED izstaro gaismas enerģiju, kad lielākā daļa un mazākuma lādiņi (elektroni un caurumi) rekombinējas tiešā nobīdes pn krustojumā.
Elektroniem un caurumiem ir dažādi enerģijas līmeņi, tāpēc, kad pirmais pāriet no vadīšanas joslas uz valance josla, tiek atbrīvota daļa enerģijas un tiek izmantota gaismas izstarošanai.
Lāzera diodes plaši izmanto telekomunikācijās; šīs ierīces galvenās daļas ir a fotodiode, lāzers, stikla lēca priekšpusē un šķiedra.
Lāzera diodes darbojas pēc stimulētās emisijas principa, un koncentrācija lādiņu nesēju līmenis ir ļoti augsts lāzerdiodēs.
Salīdzināšanas tabula
| Salīdzināšanas parametri | LED | Lāzera diode |
|---|---|---|
| Definīcija | Gaismas diodes ir pusvadītāju materiāli, kas izstaro gaismu, kad caur tiem iet elektriskā strāva. | Pilnīga LED forma ir gaismas diode. |
| Pilna forma | Pilnīga lāzera forma ir gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju. | Lāzera diodes reakcijas laiks ir daudz ātrāks nekā LED. |
| Darbības princips | LED galvenais darbības princips ir balstīts uz elektrisko spilgtumu. | Lāzerdiodes galvenais darbības princips ir stimulēta emisija. |
| Reakcijas laiks | Gaismas diožu reakcijas laiki ir daudz lēnāki nekā lāzerdiodēm. | Pašreizējais virziens svārstās no 50mA līdz 100mA. |
| strāva | Pašreizējais virziens svārstās no 5mA līdz 40mA. | Lāzera diožu reakcijas laiks ir daudz ātrāks nekā LED. |
| daba | LED izstarotā gaisma ir nesakarīga un satur dažādas krāsas. | Lāzerdiodes izstarotā gaisma ir koherenta un monohromatiska. |
Kas ir LED?
LED ierīci vislabāk var raksturot kā pn savienojumu diode no kurienes izstaro gaisma, kad caur to iet strāva.
Savienojuma zonā elektroni no n puses apvienojas ar caurumiem no p puses un izstaro pietiekami daudz enerģijas gaismā (un siltumā).
Gaismas enerģija, kas veidojas, tiek izstarota caur diodes savienojumu. Atsevišķas gaismas diodes tiek izmantotas decimālpunktu veidošanai, savukārt vairākas gaismas diodes tiek izmantotas kopā, lai izveidotu līnijas segmentu.
Lai izprastu LED darbību, viens ir jāsaprot kvantu teorija, jo tā ir saistīta ar elektronu kustību no augstāka uz zemāku enerģijas līmeni.
Gaismas diodes konstruēšanas laikā tas ir savienots ar priekšu, lai strāva plūst uz priekšu. Elektroni pārvietojas pretējā virzienā.
Tā kā starp vadītspējas joslu un valences joslu ir enerģijas plaisa, šīs enerģijas atšķirība ir vienāda ar fotonu jaudu.
LED izmantošanai elektroniskajos displejos ir vairākas priekšrocības. Piemēram, LED gaismas intensitāti var kontrolēt ļoti vienmērīgi; atšķirībā no lāzerdiodēm, tās izstaro dažādas krāsas, piemēram, zaļš, sarkana, dzeltena utt.
Tie ir arī ļoti ekonomiski gan sadzīves, gan rūpnieciskiem mērķiem.
Kas ir lāzerdiode?
Lāzera diodes tiek plaši izmantotas, īpaši zinātniskiem un medicīniskiem nolūkiem. Lāzerdiodes izstarotā gaisma veido šauru staru kūli, un to var ātri palaist no optiskās šķiedras.
Monohromatiskums ir viena no galvenajām lāzerdiožu izstarotās gaismas īpašībām. Tā kā tie satur tikai vienu krāsu, tiem ir plašs pielietojums medicīnā.
Arī lāzera diožu izstarotie gaismas stari ir koherenti, kas nozīmē, ka ir tikai viens viļņa garums. Ir divi klases lāzerdiodes, viena, kas var izstarot gaismu pati, un otra, kas izmanto ārēju avotu.
Lāzeram ir liela priekšrocība: gaisma var pārvietoties ļoti lielos attālumos. Papildus tam, ka tas var pārvietoties lielos attālumos, lāzerdiožu izmantošanai ir arī citas priekšrocības.
Piemēram, lāzerdiodes patērē maz enerģijas, tās var darboties ilgas stundas, arī šo iekārtu ražošanas izmaksas ir izplatītas, un to mazais izmērs padara tās viegli pārnēsājamas.
Starp vairākām priekšrocībām lāzerdiodēm ir arī daži trūkumi.
Būtiskākais trūkums ir tas, ka lāzera izstarotā gaisma ir kaitīga mūsu acis, un ierīces veiktspēja mainās temperatūras paaugstināšanās dēļ (neaizsargāta pret augstu temperatūru).
Galvenās atšķirības starp LED un lāzera diode
- LED un lāzerdiodes darbības princips ir atšķirīgs. Kamēr pirmais strādā electro-spilgtums, pēdējais darbojas uz stimulētās emisijas.
- LED piedziņas strāva ir lielāka nekā lāzerdiodēm.
- LED atrodas plašā joslas platums diapazonā (10 THz līdz 50 THz), savukārt lāzerdiodes atrodas šaurā joslas platuma diapazonā (1 MHz līdz 2 MHz).
- LED lādiņu nesēju koncentrācija ir daudz zemāka nekā lāzera diodēm.
- LED ir plašāks savienojuma laukums, un līdz ar to gaisma iziet cauri ļoti plašai telpai, savukārt lāzerdiodēm ir ļoti šaurs savienojuma laukums.
- https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/999188/
- https://www.nature.com/articles/nphoton.2014.326?draft\u003djournal
Pēdējo reizi atjaunināts: 25. gada 2023. jūlijā
Esmu pielicis tik daudz pūļu, rakstot šo emuāra ierakstu, lai sniegtu jums vērtību. Tas man ļoti noderēs, ja apsverat iespēju to kopīgot sociālajos medijos vai ar draugiem/ģimeni. DALĪŠANĀS IR ♥️
Pijušs Jadavs pēdējos 25 gadus ir pavadījis, strādājot par fiziķi vietējā sabiedrībā. Viņš ir fiziķis, kurš aizrautīgi cenšas padarīt zinātni pieejamāku mūsu lasītājiem. Viņam ir bakalaura grāds dabaszinātnēs un pēcdiploma diploms vides zinātnē. Vairāk par viņu varat lasīt viņa vietnē bio lapa.
