LED (svetleče diode) in laserji (ojačanje svetlobe s stimulirano emisijo sevanja) sta dve najpogosteje uporabljeni fotonski napravi v različnih aplikacijah, kot so razsvetljava, podatkovna komunikacija, medicinski in vojaški sistemi. Čeprav tako LED kot laserske naprave ustvarjajo svetlobo, imajo različne strukture in mehanizme oddajanja svetlobe. V tem članku bomo razpravljali o razlikah med LED in laserskimi strukturami.
1. Struktura LED
LED diode so običajno izdelane iz polprevodniških materialov, kot sta galijev arzenid (GaAs) ali galijev nitrid (GaN). Sestavljeni so iz pn spoja, kjer se elektroni in luknje združijo in sproščajo energijo v obliki svetlobnih fotonov. Svetleče diode lahko razvrstimo v dve vrsti: neposredno pasovno režo in posredno pasovno režo. LED z neposrednim pasovnim razmikom oddajajo svetlobo neposredno iz rekombinacije elektronov in lukenj, medtem ko LED s posrednim pasovnim razmikom potrebujejo pomoč bližnjega kristalnega defekta, da oddajajo svetlobo. LED so običajno naprave z nizko porabo energije in lahko oddajajo svetlobo v različnih barvah, vključno z rdečo, zeleno, modro in belo.
2. Laserska struktura
Laserji pa so sestavljeni iz treh osnovnih elementov: aktivnega medija, črpalnega vira in resonančne votline. Aktivni medij je material, ki lahko s stimulirano emisijo ojača svetlobo. Vir črpanja zagotavlja energijo za vzbujanje atomov ali molekul v aktivnem mediju na višjo raven energije. Resonančna votlina zagotavlja povratno informacijo za ojačanje svetlobe, ki jo oddaja aktivni medij. Laserske strukture lahko razvrstimo v dve glavni vrsti: robno sevajoče in površinsko sevajoče. Laserji, ki oddajajo robove, oddajajo svetlobo z roba naprave, medtem ko laserji, ki oddajajo s površine, oddajajo svetlobo s površine.
3. Razlike med LED in laserskimi strukturami
Glavna razlika med LED in laserskimi strukturami je v njihovem mehanizmu delovanja. LED diode oddajajo svetlobo, ko se elektroni rekombinirajo z luknjami, svetloba pa se nato spontano oddaja v vse smeri. Nasprotno pa laserji oddajajo svetlobo, ko vzbujeni atomi ali molekule v aktivnem mediju oddajajo fotone, ki spodbujajo druge atome ali molekule, da oddajajo več fotonov, kar povzroči koherenten žarek svetlobe. Koherentna in usmerjena narava laserske svetlobe ji omogoča, da potuje veliko dlje kot svetloba LED.
Druga razlika je kompleksnost struktur. Medtem ko so LED strukture na splošno enostavnejše in zahtevajo manj energije, so laserske strukture bolj zapletene in za delovanje potrebujejo večjo moč. To je zato, ker laserji potrebujejo resonančno votlino za ustvarjanje povratne informacije, potrebne za koherentno oddajanje svetlobe, medtem ko LED diode tega ne potrebujejo.
Če povzamemo, LED in laserji so različne fotonske naprave z različnimi strukturami in mehanizmi oddajanja svetlobe. LED diode oddajajo svetlobo iz pn spoja, ko se elektroni in luknje rekombinirajo, medtem ko laserji oddajajo koherentno in usmerjeno svetlobo s stimulirano emisijo v aktivnem mediju znotraj resonančne votline. Obe napravi imata različne aplikacije in prednosti glede na posebne zahteve sistema.
