Gaismas diodes (gaismas diodes) un lāzeri (gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju) ir divas no visplašāk izmantotajām fotonikas ierīcēm dažādās lietojumprogrammās, piemēram, apgaismojumā, datu komunikācijā, medicīnas un militārajās sistēmās. Lai gan gan LED, gan lāzera ierīces rada gaismu, tām ir atšķirīgas struktūras un gaismas emisijas mehānismi. Šajā rakstā mēs apspriedīsim atšķirības starp LED un lāzera struktūrām.
1. LED struktūra
Gaismas diodes parasti ir izgatavotas no pusvadītāju materiāliem, piemēram, gallija arsenīda (GaAs) vai gallija nitrīda (GaN). Tie sastāv no pn savienojuma, kur elektroni un caurumi apvienojas un atbrīvo enerģiju gaismas fotonu veidā. Gaismas diodes var iedalīt divos veidos: tiešā joslas sprauga un netiešā joslas sprauga. Tiešās joslas spraugas gaismas diodes izstaro gaismu tieši no elektronu un caurumu rekombinācijas, savukārt netiešās joslas gaismas diodes, lai izstarotu gaismu, nepieciešama tuvumā esoša kristāla defekta palīdzība. Gaismas diodes parasti ir mazjaudas ierīces un var izstarot gaismu dažādās krāsās, tostarp sarkanā, zaļā, zilā un baltā krāsā.
2. Lāzera struktūra
No otras puses, lāzeri sastāv no trim pamatelementiem: aktīvās vides, sūknēšanas avota un rezonanses dobuma. Aktīvā vide ir materiāls, kas ar stimulētas emisijas palīdzību spēj pastiprināt gaismu. Sūknēšanas avots nodrošina enerģiju, lai ierosinātu atomus vai molekulas aktīvajā vidē uz augstāku enerģijas līmeni. Rezonanses dobums nodrošina atgriezenisko saiti, lai pastiprinātu aktīvās vides izstaroto gaismu. Lāzera struktūras var iedalīt divos galvenajos veidos: malu izstarojošās un virsmu izstarojošās. Malu izstarojošie lāzeri izstaro gaismu no ierīces malas, bet virsmu izstarojošie lāzeri izstaro gaismu no virsmas.
3. Atšķirības starp LED un lāzera konstrukcijām
Galvenā atšķirība starp LED un lāzera konstrukcijām slēpjas to darbības mehānismā. Gaismas diodes izstaro gaismu, kad elektroni rekombinējas ar caurumiem, un tad gaisma tiek spontāni izstarota visos virzienos. Turpretim lāzeri izstaro gaismu, kad ierosinātie atomi vai molekulas aktīvajā vidē izstaro fotonus, kas stimulē citus atomus vai molekulas izstarot vairāk fotonu, kā rezultātā veidojas saskaņots gaismas stars. Lāzera gaismas saskaņotais un virzošais raksturs ļauj tai ceļot daudz tālāk nekā LED gaisma.
Vēl viena atšķirība ir konstrukciju sarežģītība. Lai gan LED struktūras parasti ir vienkāršākas un prasa mazāku jaudu, lāzera struktūras ir sarežģītākas, un tām ir nepieciešama lielāka jauda. Tas ir tāpēc, ka lāzeriem ir nepieciešams rezonanses dobums, lai radītu atgriezenisko saiti, kas nepieciešama saskaņotai gaismas emisijai, turpretim gaismas diodēm nav.
Rezumējot, gaismas diodes un lāzeri ir dažādas fotonikas ierīces ar dažādām struktūrām un gaismas emisijas mehānismiem. Gaismas diodes izstaro gaismu no pn savienojuma, kad elektroni un caurumi rekombinējas, savukārt lāzeri izstaro koherentu un virzītu gaismu, izmantojot stimulētu emisiju aktīvā vidē rezonanses dobumā. Abām ierīcēm ir dažādi pielietojumi un priekšrocības atkarībā no sistēmas īpašajām prasībām.
