LEDit (Light Emitting Diodes) ja laserit (valovahvistus stimuloidulla säteilyemissiolla) ovat kaksi yleisimmin käytetyistä fotoniikkalaitteista erilaisissa sovelluksissa, kuten valaistuksessa, tietoliikenteessä, lääketieteellisissä ja sotilasjärjestelmissä. Vaikka sekä LED- että laserlaitteet tuottavat valoa, niillä on erilaiset rakenteet ja valon emissiomekanismit. Tässä artikkelissa keskustelemme LED- ja laserrakenteiden eroista.
1. LED-rakenne
LEDit on tyypillisesti valmistettu puolijohdemateriaaleista, kuten galliumarsenidista (GaAs) tai galliumnitridistä (GaN). Ne koostuvat pn-liitoksesta, jossa elektronit ja reiät yhdistyvät ja vapauttavat energiaa valon fotonien muodossa. LEDit voidaan luokitella kahteen tyyppiin: suora bandgap ja epäsuora bandgap. Suorat bandgap-LEDit lähettävät valoa suoraan elektronien ja reikien rekombinaatiosta, kun taas epäsuorat bandgap-LEDit tarvitsevat läheisen kidevian apua valon lähettämiseen. LEDit ovat yleensä vähän virtaa kuluttavia laitteita ja voivat säteillä valoa eri väreissä, mukaan lukien punainen, vihreä, sininen ja valkoinen.
2. Laserrakenne
Laserit puolestaan koostuvat kolmesta peruselementistä: aktiivisesta väliaineesta, pumppauslähteestä ja resonanssiontelosta. Aktiivinen väliaine on materiaali, joka pystyy vahvistamaan valoa stimuloidulla emissiolla. Pumppauslähde tuottaa energiaa aktiivisen väliaineen atomien tai molekyylien virittämiseksi korkeammalle energiatasolle. Resonanssiontelo antaa palautetta aktiivisen väliaineen lähettämän valon vahvistamiseksi. Laserrakenteet voidaan luokitella kahteen päätyyppiin: reuna- ja pintasäteilytys. Reunaa emittoivat laserit lähettävät valoa laitteen reunasta, kun taas pintaa emittoivat laserit lähettävät valoa pinnalta.
3. Erot LED- ja laserrakenteiden välillä
Suurin ero LED- ja laserrakenteiden välillä on niiden toimintamekanismissa. LEDit lähettävät valoa, kun elektronit yhdistyvät uudelleen reikiin, ja valo säteilee sitten spontaanisti kaikkiin suuntiin. Sitä vastoin laserit lähettävät valoa, kun aktiivisessa väliaineessa olevat virittyneet atomit tai molekyylit lähettävät fotoneja, jotka stimuloivat muita atomeja tai molekyylejä lähettämään enemmän fotoneja, mikä johtaa koherentiin valonsäteeseen. Laservalon johdonmukainen ja suuntaava luonne mahdollistaa sen kulkemisen paljon pidemmälle kuin LED-valo.
Toinen ero on rakenteiden monimutkaisuus. Vaikka LED-rakenteet ovat yleensä yksinkertaisempia ja vaativat vähemmän tehoa, laserrakenteet ovat monimutkaisempia ja vaativat suurempaa tehoa toimiakseen. Tämä johtuu siitä, että laserit vaativat resonanssiontelon koherentin valon emissiolle tarvittavan palautteen luomiseksi, kun taas LEDit eivät.
Yhteenvetona voidaan todeta, että LEDit ja laserit ovat erilaisia fotoniikkalaitteita, joilla on erilaiset rakenteet ja valoemissiomekanismit. LEDit lähettävät valoa pn-liitoksesta, kun elektronit ja aukot yhdistyvät, kun taas laserit lähettävät koherenttia ja suuntautuvaa valoa stimuloidun emission kautta aktiivisessa väliaineessa resonanssiontelossa. Molemmilla laitteilla on erilaiset sovellukset ja edut riippuen järjestelmän erityisvaatimuksista.
