LED ها (دیودهای ساطع کننده نور) و لیزرها (تقویت نور با انتشار تشعشعات تحریک شده) دو مورد از پرکاربردترین دستگاه های فوتونیک در کاربردهای مختلف مانند روشنایی، ارتباطات داده، پزشکی و سیستم های نظامی هستند. اگرچه هر دو دستگاه LED و لیزر نور تولید می کنند، اما ساختار و مکانیسم های انتشار نور متفاوتی دارند. در این مقاله به تفاوت های سازه های LED و لیزری می پردازیم.
1. ساختار LED
LED ها معمولاً از مواد نیمه هادی مانند آرسنید گالیم (GaAs) یا نیترید گالیوم (GaN) ساخته می شوند. آنها از یک اتصال pn تشکیل شده اند، جایی که الکترون ها و حفره ها با هم ترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون های نور آزاد می کنند. LED ها را می توان به دو نوع تقسیم کرد: فاصله باند مستقیم و فاصله باند غیر مستقیم. ال ای دی های باند گپ مستقیم مستقیماً از ترکیب مجدد الکترون ها و حفره ها نور ساطع می کنند، در حالی که ال ای دی های باند گپ غیرمستقیم برای ساطع نور به کمک یک نقص کریستالی نزدیک نیاز دارند. LED ها معمولا وسایل کم مصرفی هستند و می توانند نور را در رنگ های مختلف از جمله قرمز، سبز، آبی و سفید ساطع کنند.
2. ساختار لیزر
از سوی دیگر، لیزرها از سه عنصر اساسی تشکیل شده اند: یک محیط فعال، یک منبع پمپاژ و یک حفره تشدید. محیط فعال ماده ای است که قادر به تقویت نور با انتشار تحریک شده است. منبع پمپاژ انرژی را برای برانگیختن اتم ها یا مولکول های موجود در محیط فعال به سطح انرژی بالاتر فراهم می کند. حفره تشدید بازخوردی را برای تقویت نور ساطع شده از محیط فعال فراهم می کند. سازه های لیزری را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: ساطع کننده لبه و ساطع کننده سطح. لیزرهای ساطع کننده لبه از لبه دستگاه نور ساطع می کنند، در حالی که لیزرهای ساطع کننده سطح از سطح نور ساطع می کنند.
3. تفاوت بین ساختارهای LED و لیزری
تفاوت اصلی ساختارهای LED و لیزری در مکانیسم عملکرد آنها نهفته است. ال ای دی ها زمانی که الکترون ها با حفره ها ترکیب می شوند نور ساطع می کنند و سپس نور به طور خود به خود در همه جهات ساطع می شود. در مقابل، لیزرها هنگامی که اتمها یا مولکولهای برانگیخته در محیط فعال، فوتونهایی را ساطع میکنند که سایر اتمها یا مولکولها را تحریک میکنند تا فوتونهای بیشتری ساطع کنند، نور ساطع میکنند و در نتیجه یک پرتو منسجم از نور ایجاد میشود. ماهیت منسجم و جهت دار نور لیزر به آن اجازه می دهد تا بسیار دورتر از نور LED حرکت کند.
تفاوت دیگر پیچیدگی سازه ها است. در حالی که ساختارهای LED به طور کلی سادهتر هستند و به توان کمتری نیاز دارند، ساختارهای لیزری پیچیدهتر هستند و برای کار به توان بالاتری نیاز دارند. این به این دلیل است که لیزرها به یک حفره تشدید برای ایجاد بازخورد لازم برای انتشار نور منسجم نیاز دارند، در حالی که LED ها این کار را نمی کنند.
به طور خلاصه، LED ها و لیزرها دستگاه های مختلف فوتونیک با ساختارها و مکانیسم های مختلف انتشار نور هستند. ال ای دی ها نور را از یک اتصال pn در هنگام ترکیب مجدد الکترون ها و حفره ها ساطع می کنند، در حالی که لیزرها نور منسجم و جهت دار را از طریق انتشار تحریک شده در یک محیط فعال در یک حفره تشدید ساطع می کنند. هر دو دستگاه بسته به نیازهای خاص سیستم، کاربردها و مزایای متفاوتی دارند.
