LED diódy (Light Emitting Diodes) a lasery (Zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia) sú dve z najpoužívanejších fotonických zariadení v rôznych aplikáciách, ako je osvetlenie, dátová komunikácia, lekárske a vojenské systémy. Hoci LED aj laserové zariadenia generujú svetlo, majú rôzne štruktúry a mechanizmy vyžarovania svetla. V tomto článku budeme diskutovať o rozdieloch medzi LED a laserovými štruktúrami.
1. Štruktúra LED
LED diódy sú zvyčajne vyrobené z polovodičových materiálov, ako je arzenid gália (GaAs) alebo nitrid gália (GaN). Sú zložené z pn prechodu, kde sa elektróny a diery spájajú a uvoľňujú energiu vo forme svetelných fotónov. LED diódy možno rozdeliť do dvoch typov: priama bandgap a nepriama bandgap. LED diódy s priamou medzerou v pásme vyžarujú svetlo priamo z rekombinácie elektrónov a dier, zatiaľ čo diódy LED s nepriamou medzerou v pásme vyžadujú na vyžarovanie svetla pomoc blízkeho defektu kryštálu. LED diódy sú zvyčajne zariadenia s nízkou spotrebou energie a môžu vyžarovať svetlo v rôznych farbách, vrátane červenej, zelenej, modrej a bielej.
2. Laserová štruktúra
Na druhej strane lasery sa skladajú z troch základných prvkov: aktívneho média, čerpacieho zdroja a rezonančnej dutiny. Aktívne médium je materiál schopný zosilňovať svetlo stimulovanou emisiou. Čerpací zdroj poskytuje energiu na excitáciu atómov alebo molekúl v aktívnom médiu na vyššiu energetickú hladinu. Rezonančná dutina poskytuje spätnú väzbu na zosilnenie svetla vyžarovaného aktívnym médiom. Laserové štruktúry možno klasifikovať do dvoch hlavných typov: hranovo vyžarujúce a povrchovo vyžarujúce. Okrajové lasery vyžarujú svetlo z okraja zariadenia, zatiaľ čo povrchové lasery vyžarujú svetlo z povrchu.
3. Rozdiely medzi LED a laserovými štruktúrami
Hlavný rozdiel medzi LED a laserovými štruktúrami spočíva v ich prevádzkovom mechanizme. LED diódy vyžarujú svetlo, keď sa elektróny rekombinujú s dierami, a svetlo sa potom spontánne vyžaruje do všetkých smerov. Na rozdiel od toho lasery vyžarujú svetlo, keď excitované atómy alebo molekuly v aktívnom médiu vyžarujú fotóny, ktoré stimulujú iné atómy alebo molekuly, aby emitovali viac fotónov, čo vedie ku koherentnému lúču svetla. Koherentná a smerová povaha laserového svetla mu umožňuje cestovať oveľa ďalej ako svetlo LED.
Ďalším rozdielom je zložitosť štruktúr. Zatiaľ čo LED štruktúry sú vo všeobecnosti jednoduchšie a vyžadujú menej energie, laserové štruktúry sú zložitejšie a vyžadujú vyšší výkon na prevádzku. Je to preto, že lasery vyžadujú rezonančnú dutinu na vytvorenie spätnej väzby potrebnej na koherentnú emisiu svetla, zatiaľ čo LED diódy nie.
Stručne povedané, LED a lasery sú rôzne fotonické zariadenia s rôznymi štruktúrami a mechanizmami vyžarovania svetla. LED diódy vyžarujú svetlo z pn spoja, keď sa elektróny a diery rekombinujú, zatiaľ čo lasery vyžarujú koherentné a smerové svetlo prostredníctvom stimulovanej emisie v aktívnom médiu v rezonančnej dutine. Obe zariadenia majú rôzne aplikácie a výhody v závislosti od špecifických požiadaviek systému.
