ההבדל בין דיודות פולטות אור ודיודות לייזר

בטכנולוגיה מודרנית, דיודות פולטות אור (LED) ודיודות לייזר (LDs)הן שתי טכנולוגיות מקור אור נפוצות. למרות שהם דומים בהיבטים מסוימים, יש להם הבדלים משמעותיים מבחינת עקרון העבודה, היישום והביצועים.

ההבדל בעקרון פליטת האור: LED משתמש ברקומבינציה של פליטה ספונטנית של נשאים המוזרקים לאזור הפעיל כדי לפלוט אור, בעוד LD משתמש ברקומבינציה של פליטה מגורה כדי לפלוט אור. הכיוון והפאזה של הפוטונים הנפלטים על ידי הדיודה פולטת האור הם אקראיים, בעוד שהפוטונים הנפלטים על ידי דיודת הלייזר נמצאים באותו כיוון ופאזה.

LED הוא קיצור של Light Emitting Diode. זה נראה באופן נרחב בחיי היומיום, כגון נורות חיווי של מכשירי חשמל ביתיים, פנסי אנטי ערפל אחוריים של מכוניות וכו'. המאפיינים הבולטים ביותר של נוריות הם חיי השירות הארוכים שלהם ויעילות ההמרה הפוטואלקטרית הגבוהה. בעיקרון, בצומת PN של כמה חומרים מוליכים למחצה, כאשר נושאי המיעוט המוזרקים מתאחדים מחדש עם נושאי הרוב, עודף אנרגיה ישתחרר בצורה של אור, ובכך ימיר ישירות אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור. כאשר מופעל מתח הפוך על צומת ה-PN, קשה להזריק לנשאי מיעוטים, ולכן הוא אינו פולט אור. סוג זה של דיודה המיוצר על פי עקרון האלקטרולומיננסנציה בהזרקה נקרא דיודה פולטת אור, הידוע בכינויו LED.

LD הוא הקיצור האנגלי של דיודה לייזר. המבנה הפיזי של דיודת הלייזר הוא להציב שכבה של מוליכים למחצה פוטו-אקטיביים בין הצמתים של הדיודה פולטת האור. משטח הקצה שלו משקף חלקית לאחר ליטוש, ובכך יוצר חלל תהודה אופטי. במקרה של הטיה קדימה, צומת ה-LED פולט אור ומקיים אינטראקציה עם חלל התהודה האופטי, ובכך מגרה עוד יותר את פליטת אורך גל בודד של אור מהצומת. התכונות הפיזיקליות של האור הזה תלויות בחומר. עקרון העבודה של דיודות לייזר מוליכים למחצה זהה באופן תיאורטי לזה של לייזר גז. דיודות לייזר נמצאות בשימוש נרחב בהתקנים אופטו-אלקטרוניים בעלי הספק נמוך כגון כונני CD במחשבים וראשי הדפסה במדפסות לייזר.

תיאור קצר של ההבדלים בעקרונות, בארכיטקטורה ובביצועים בין השניים.
(1) הבדל בעקרון העבודה: LED משתמש בריקומבינציה של פליטה ספונטנית של נשאים המוזרקים לאזור הפעיל כדי לפלוט אור, בעוד LD משתמש ברקומבינציה של פליטה מגורה כדי לפלוט אור.
(2) הבדל בארכיטקטורה: ל-LD יש חלל תהודה אופטי, המאפשר לפוטונים שנוצרים להתנודד ולהתגבר בחלל, בעוד שללד אין חלל תהודה.
(3) הבדל בביצועים: ל-LED אין מאפייני ערך קריטיים, והצפיפות הספקטרלית שלו גבוהה בכמה סדרי גודל מזו של LD. כוח תפוקת האור של LED קטן וזווית ההסתייגות גדולה.

עקרון עבודה:
דיודה פולטת אור היא מכשיר מוליכים למחצה שיוצר אור על ידי הזרקת אלקטרונים וחורים. כאשר אלקטרונים וחורים מתחברים מחדש, אנרגיה משתחררת בצורה של פוטונים, המייצרת אור נראה או אורכי גל אחרים של אור. לעומת זאת, דיודה לייזר היא סוג מיוחד של דיודה פולטת אור המפיקה אור באמצעות פליטת קרינה מגורה. בדיודה לייזר, כאשר אלקטרונים עוברים מרמת אנרגיה גבוהה לרמת אנרגיה נמוכה, הם משחררים פוטונים התואמים לתדר מסוים, ובכך משיגים הגברה קוהרנטית של האור.
מאפייני קרן:
קרני האור הנוצרות על ידי דיודות פולטות אור אינן קוהרנטיות בדרך כלל, כלומר, לפאזה ולתדירות של גלי האור אין קשר קבוע. זה גורם לאלומת האור של הדיודה פולטת האור להתפשט בצורה רחבה ואינה יכולה להיות ממוקדת במיוחד. לעומת זאת, הקרנות המיוצרות על ידי דיודות לייזר הן קוהרנטיות, כלומר לשלב ולתדירות של גלי האור יש קשר קבוע. זה מאפשר לקרן של דיודת הלייזר להיות ממוקד מאוד, מה שמאפשר יישומים מדויקים יותר.
מאפיינים ספקטרליים:
הספקטרום המיוצר על ידי דיודות פולטות אור הוא בדרך כלל רחב, ומכיל מגוון של אורכי גל של אור. זה עושה דיודות פולטות אור בשימוש נרחב בשדות תאורה, תצוגה ותאורה אחורית. לעומת זאת, דיודות לייזר מייצרות ספקטרום צר המכיל רק אורכי גל ספציפיים של אור. זה גורם לדיודות לייזר להיות בעלי ערך יישום גבוה יותר בתחומים כמו תקשורת, מדידה וטיפול רפואי.
יעילות ועוצמה:
דיודות פולטות אור הן בדרך כלל פחות יעילות מכיוון שחלק מהאנרגיה אובדת כחום. בנוסף, הספק של דיודות פולטות אור הוא בדרך כלל קטן, מה שמגביל את השימוש בהן ביישומים בעלי הספק גבוה. לעומת זאת, דיודות לייזר יעילות יותר מכיוון שגלי האור שהן מייצרות יכולות להיות ממוקדות מאוד, ובכך להפחית את אובדן האנרגיה. בנוסף, דיודות לייזר יכולות להיות גדולות יותר בהספק, מה שהופך אותן למתאימות ליישומים בעלי הספק גבוה.
אזורי יישום:
דיודות פולטות אור נמצאות בשימוש נרחב בתאורה, תצוגה, תאורה אחורית, העברת אותות ותחומים אחרים. בשל העלות הנמוכה יותר והאמינות הגבוהה יותר, נתח השוק של דיודות פולטות אור בתחומים אלו הולך וגדל בהדרגה. לעומת זאת, דיודות לייזר משמשות בעיקר בתחומי תקשורת, מדידה, רפואה, ייצור ועוד. בשל ההספק הגבוה, המיקוד הגבוה ומאפייני הקוהרנטיות הגבוהים שלהן, לדיודות לייזר יש יתרונות ייחודיים ביישומים בתחומים אלו.

פרמטרים נפוצים של דיודות לייזר
(1) אורך גל: כלומר, אורך הגל העבודה של צינור הלייזר. נכון לעכשיו, אורכי הגל של צינורות לייזר שיכולים לשמש כמתגים פוטו-אלקטריים כוללים 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm וכו'.
(2) זרם סף Ith: כלומר, הזרם שבו צינור הלייזר מתחיל ליצור תנודת לייזר. עבור שפופרות לייזר כלליות בהספק נמוך, ערכו הוא כעשרות מיליאמפר. זרם הסף של צינורות לייזר עם מבנה באר קוונטי מרובה מתוח יכול להיות נמוך עד 10mA. הבאים.
(3) זרם הפעלה Iop: כלומר, זרם ההנעה כאשר צינור הלייזר מגיע להספק המוצא המדורג. ערך זה חשוב לתכנון וניפוי באגים של מעגל הנעת הלייזר.
(4) זווית סטייה אנכית θ⊥: הזווית שבה הרצועה הזוהרת של דיודת הלייזר נפתחת בכיוון הניצב לצומת ה-PN, בדרך כלל סביב 15˚~40˚.
(5) זווית סטייה אופקית θ∥: הזווית שבה הרצועה פולטת האור של דיודת הלייזר נפתחת בכיוון המקביל לצומת PN, בדרך כלל סביב 6˚~10˚.
(6) ניטור זרם Im: כלומר, הזרם הזורם דרך צינור ה-PIN כאשר צינור הלייזר נמצא בהספק מוצא מדורג.

בדיקת דיודות לייזר
(1) שיטת מדידת התנגדות: הסר את דיודת הלייזר ומדוד את ערכי ההתנגדות קדימה ואחורה שלה עם מולטימטר בטווח R×1k או R×10k. בדרך כלל, ערך ההתנגדות קדימה הוא בין 20 ל-40kΩ, וערך ההתנגדות ההפוכה הוא ∞ (אינסוף). אם ערך ההתנגדות הנמדדת קדימה עולה על 50kΩ, זה אומר שביצועי דיודת הלייזר ירדו. אם ערך ההתנגדות הנמדדת קדימה גדול מ-90kΩ, זה אומר שהדיודה התיישנה בצורה רצינית ולא ניתן עוד להשתמש בה.
(2) שיטת מדידת זרם: השתמש במולטימטר כדי למדוד את נפילת המתח על פני נגד העומס במעגל ההנעה של דיודות הלייזר, ולאחר מכן אומדן את ערך הזרם הזורם דרך הצינור לפי חוק אוהם. כאשר הזרם עולה על 100mA, אם פוטנציומטר כוח הלייזר מותאם (ראה איור 5), ואין שינוי ברור בזרם, ניתן לשפוט שדיודת הלייזר מזדקנת ברצינות. אם הזרם גדל בחדות ויוצא משליטה, זה אומר שחלל התהודה האופטי של דיודת הלייזר ניזוק.

ישנם הבדלים משמעותיים בין דיודות פולטות אור לדיודות לייזר מבחינת עקרונות עבודה, מאפייני אלומה, מאפיינים ספקטרליים, יעילות והספק ושדות יישום. דיודות פולטות אור מתאימות ליישומים עם מקורות אור בעלי הספק נמוך ובלתי קוהרנטיים, כגון תאורה ותצוגות, בעוד שדיודות לייזר מתאימות ליישומים עם מקורות אור בעלי הספק גבוה, ממוקדים וקוהרנטיים ביותר, כגון תקשורת ורפואה. הבנת ההבדלים הללו עוזרת לנו לבחור וליישם טוב יותר את שתי טכנולוגיות מקור האור כדי לענות על הצרכים של תחומים שונים.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.