A diferença entre diodos emissores de luz e diodos laser

Na tecnologia moderna, diodos emissores de luz (LEDs) eDiodos Laser (LDs)são duas tecnologias comuns de fontes de luz. Embora sejam semelhantes em alguns aspectos, apresentam diferenças significativas em termos de princípio de funcionamento, aplicação e desempenho.

A diferença no princípio da emissão de luz: o LED usa recombinação de emissão espontânea de portadores injetados na área ativa para emitir luz, enquanto o LD usa recombinação de emissão estimulada para emitir luz. A direção e a fase dos fótons emitidos pelo diodo emissor de luz são aleatórias, enquanto os fótons emitidos pelo diodo laser estão na mesma direção e fase.

LED é a abreviatura de Diodo Emissor de Luz. É amplamente visto na vida cotidiana, como luzes indicadoras de eletrodomésticos, faróis traseiros antiembaçantes de carros, etc. As características mais notáveis ​​dos LEDs são sua longa vida útil e alta eficiência de conversão fotoelétrica. Basicamente, na junção PN de alguns materiais semicondutores, quando os portadores minoritários injetados se recombinam com os portadores majoritários, o excesso de energia será liberado na forma de luz, convertendo diretamente a energia elétrica em energia luminosa. Quando uma tensão reversa é aplicada à junção PN, é difícil injetar portadoras minoritárias, por isso não emite luz. Esse tipo de diodo feito segundo o princípio da eletroluminescência por injeção é denominado diodo emissor de luz, comumente conhecido como LED.

LD é a abreviatura em inglês de diodo laser. A estrutura física do diodo laser consiste em colocar uma camada de semicondutor fotoativo entre as junções do diodo emissor de luz. Sua superfície final fica parcialmente reflexiva após ser polida, formando assim uma cavidade óptica ressonante. No caso de polarização direta, a junção do LED emite luz e interage com a cavidade ressonante óptica, estimulando ainda mais a emissão de um único comprimento de onda de luz da junção. As propriedades físicas desta luz dependem do material. O princípio de funcionamento dos diodos laser semicondutores é teoricamente o mesmo dos lasers a gás. Os diodos laser são amplamente utilizados em dispositivos optoeletrônicos de baixa potência, como unidades de CD em computadores e cabeçotes de impressão em impressoras a laser.

Uma breve descrição das diferenças de princípios, arquitetura e desempenho entre os dois.
(1) Diferença no princípio de funcionamento: o LED utiliza recombinação de emissão espontânea de portadores injetados na área ativa para emitir luz, enquanto o LD utiliza recombinação de emissão estimulada para emitir luz.
(2) Diferença na arquitetura: o LD possui uma cavidade ressonante óptica, que permite que os fótons gerados oscilem e amplifiquem na cavidade, enquanto o LED não possui cavidade ressonante.
(3) Diferença no desempenho: o LED não possui características de valor crítico e sua densidade espectral é várias ordens de grandeza superior à do LD. A potência de saída de luz do LED é pequena e o ângulo de divergência é grande.

Princípio de trabalho:
Um diodo emissor de luz é um dispositivo semicondutor que gera luz injetando elétrons e buracos. Quando elétrons e buracos se recombinam, a energia é liberada na forma de fótons, produzindo luz visível ou outros comprimentos de onda de luz. Em contraste, um diodo laser é um tipo especial de diodo emissor de luz que produz luz através da emissão estimulada de radiação. Num díodo laser, quando os eletrões transitam de um nível de energia elevado para um nível de energia baixo, libertam fotões correspondentes a uma frequência específica, conseguindo assim uma amplificação coerente da luz.
Características do feixe:
Os feixes de luz gerados pelos diodos emissores de luz são geralmente incoerentes, ou seja, a fase e a frequência das ondas de luz não têm relação fixa. Isso faz com que o feixe de luz do diodo emissor de luz se espalhe amplamente e não possa ser altamente focado. Em contraste, os feixes produzidos pelos diodos laser são coerentes, o que significa que a fase e a frequência das ondas de luz têm uma relação fixa. Isto permite que o feixe do diodo laser seja altamente focado, permitindo aplicações mais precisas.
Características espectrais:
O espectro produzido pelos diodos emissores de luz é geralmente amplo, contendo uma variedade de comprimentos de onda de luz. Isso torna os diodos emissores de luz amplamente utilizados em campos de iluminação, display e luz de fundo. Em contraste, os diodos laser produzem um espectro estreito que contém apenas comprimentos de onda específicos de luz. Isso faz com que os diodos laser tenham maior valor de aplicação em áreas como comunicações, medição e tratamento médico.
Eficiência e potência:
Os diodos emissores de luz são geralmente menos eficientes porque parte da energia é perdida na forma de calor. Além disso, a potência dos diodos emissores de luz é geralmente pequena, limitando seu uso em aplicações de alta potência. Em contraste, os diodos laser são mais eficientes porque as ondas de luz que produzem podem ser altamente focadas, reduzindo assim a perda de energia. Além disso, os diodos laser podem ter maior potência, tornando-os adequados para aplicações de alta potência.
Áreas de aplicação:
Os diodos emissores de luz são amplamente utilizados em iluminação, exibição, luz de fundo, transmissão de sinal e outros campos. Devido ao seu menor custo e maior confiabilidade, a participação de mercado dos diodos emissores de luz nessas áreas está aumentando gradualmente. Em contraste, os diodos laser são usados ​​principalmente em comunicações, medição, medicina, manufatura e outras áreas. Devido às suas características de alta potência, alto foco e alta coerência, os diodos laser apresentam vantagens únicas em aplicações nessas áreas.

Parâmetros comuns de diodos laser
(1) Comprimento de onda: isto é, o comprimento de onda de trabalho do tubo laser. Atualmente, os comprimentos de onda dos tubos laser que podem ser usados ​​como interruptores fotoelétricos incluem 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm, etc.
(2) Corrente limite Ith: ou seja, a corrente na qual o tubo do laser começa a gerar oscilação do laser. Para tubos laser gerais de baixa potência, seu valor é de cerca de dezenas de miliamperes. A corrente limite de tubos de laser com uma estrutura de poço quântico múltiplo tensionada pode ser tão baixa quanto 10mA. a seguir.
(3) Corrente operacional Iop: Ou seja, a corrente de acionamento quando o tubo laser atinge a potência de saída nominal. Este valor é importante para projetar e depurar o circuito de acionamento do laser.
(4) Ângulo de divergência vertical θ⊥: O ângulo no qual a faixa luminosa do diodo laser se abre na direção perpendicular à junção PN, geralmente em torno de 15˚~40˚.
(5) Ângulo de divergência horizontal θ∥: O ângulo no qual a banda emissora de luz do diodo laser se abre na direção paralela à junção PN, geralmente em torno de 6˚~10˚.
(6) Monitoramento da corrente Im: isto é, a corrente que flui através do tubo PIN quando o tubo laser está na potência de saída nominal.

Inspeção de diodo laser
(1) Método de medição de resistência: Remova o diodo laser e meça seus valores de resistência direta e reversa com um multímetro na faixa R×1k ou R×10k. Normalmente, o valor da resistência direta está entre 20 e 40kΩ e o valor da resistência reversa é ∞ (infinito). Se o valor medido da resistência direta exceder 50kΩ, significa que o desempenho do diodo laser diminuiu. Se o valor da resistência direta medido for superior a 90kΩ, significa que o diodo está seriamente envelhecido e não pode mais ser usado.
(2) Método de medição de corrente: Use um multímetro para medir a queda de tensão no resistor de carga no circuito de acionamento do diodo laser e, em seguida, estime o valor da corrente que flui através do tubo de acordo com a lei de Ohm. Quando a corrente excede 100mA, se o potenciômetro de potência do laser for ajustado (veja a Figura 5) e não houver nenhuma mudança óbvia na corrente, pode-se julgar que o diodo laser está seriamente envelhecido. Se a corrente aumentar acentuadamente e ficar fora de controle, significa que a cavidade ressonante óptica do diodo laser está danificada.

Existem diferenças significativas entre diodos emissores de luz e diodos laser em termos de princípios de funcionamento, características do feixe, características espectrais, eficiência e potência e campos de aplicação. Os diodos emissores de luz são adequados para aplicações com fontes de luz incoerentes e de baixa potência, como iluminação e displays, enquanto os diodos laser são adequados para aplicações com fontes de luz de alta potência, altamente focadas e altamente coerentes, como comunicações e medicina. Compreender essas diferenças nos ajuda a selecionar e aplicar melhor essas duas tecnologias de fontes de luz para atender às necessidades de diferentes campos.

Informações de contato:

Se você tiver alguma ideia, fique à vontade para falar conosco. Não importa onde nossos clientes estejam e quais sejam nossas necessidades, seguiremos nosso objetivo de oferecer aos nossos clientes alta qualidade, preços baixos e o melhor serviço.