الفرق بين الثنائيات الباعثة للضوء وثنائيات الليزر

في التكنولوجيا الحديثة، الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) والثنائيات الليزرية (LDs)هما تقنيتان شائعتان لمصدر الضوء. وعلى الرغم من أنها متشابهة في بعض الجوانب، إلا أن لديهم اختلافات كبيرة من حيث مبدأ العمل والتطبيق والأداء.

الفرق في مبدأ انبعاث الضوء: يستخدم LED إعادة تركيب الانبعاث التلقائي للحوامل التي يتم حقنها في المنطقة النشطة لإصدار الضوء، بينما يستخدم LD إعادة تركيب الانبعاث المحفز لإصدار الضوء. يكون اتجاه وطور الفوتونات المنبعثة من الصمام الثنائي الباعث للضوء عشوائيًا، في حين أن الفوتونات المنبعثة من الصمام الثنائي الليزري تكون في نفس الاتجاه والطور.

LED هو اختصار Light Emitting Diode. يتم رؤيته على نطاق واسع في الحياة اليومية، مثل أضواء المؤشر للأجهزة المنزلية، ومصابيح الضباب الخلفية للسيارات، وما إلى ذلك. أبرز ميزات مصابيح LED هي عمر الخدمة الطويل وكفاءة التحويل الكهروضوئية العالية. بشكل أساسي، في تقاطع PN لبعض المواد شبه الموصلة، عندما تتحد ناقلات الأقلية المحقونة مع حاملات الأغلبية، سيتم إطلاق الطاقة الزائدة في شكل ضوء، وبالتالي تحويل الطاقة الكهربائية مباشرة إلى طاقة ضوئية. عندما يتم تطبيق جهد عكسي على تقاطع PN، فمن الصعب حقن ناقلات الأقلية، لذلك لا ينبعث الضوء. يُسمى هذا النوع من الصمام الثنائي المصنوع باستخدام مبدأ الحقن الكهربائي بالصمام الثنائي الباعث للضوء، والمعروف باسم LED.

LD هو الاختصار الإنجليزي لثنائي الليزر. الهيكل المادي للديود الليزري هو وضع طبقة من أشباه الموصلات الضوئية بين تقاطعات الصمام الثنائي الباعث للضوء. سطحه النهائي يكون عاكسًا جزئيًا بعد صقله، وبالتالي تشكيل تجويف رنين بصري. في حالة الانحياز الأمامي، تبعث وصلة LED الضوء وتتفاعل مع تجويف الرنين البصري، وبالتالي تحفيز انبعاث طول موجي واحد من الضوء من الوصلة. تعتمد الخصائص الفيزيائية لهذا الضوء على المواد. مبدأ عمل الثنائيات الليزرية شبه الموصلة هو من الناحية النظرية نفس مبدأ عمل ليزر الغاز. تُستخدم الثنائيات الليزرية على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية الضوئية منخفضة الطاقة مثل محركات الأقراص المضغوطة في أجهزة الكمبيوتر ورؤوس الطباعة في طابعات الليزر.

وصف موجز للاختلافات في المبادئ والهندسة المعمارية والأداء بين الاثنين.
(1) الفرق في مبدأ العمل: يستخدم LED إعادة تركيب الانبعاث التلقائي للموجات الحاملة التي يتم حقنها في المنطقة النشطة لإصدار الضوء، بينما يستخدم LD إعادة تركيب الانبعاث المحفز لإصدار الضوء.
(2) الاختلاف في البنية: يحتوي LD على تجويف رنين بصري، مما يسمح للفوتونات المولدة بالتذبذب والتضخيم في التجويف، بينما لا يحتوي LED على تجويف رنين.
(3) الفرق في الأداء: لا يحتوي LED على خصائص قيمة حرجة، وكثافته الطيفية أعلى بعدة مرات من كثافة LD. طاقة خرج الضوء من LED صغيرة وزاوية الاختلاف كبيرة.

مبدأ العمل:
الصمام الثنائي الباعث للضوء هو جهاز شبه موصل يولد الضوء عن طريق حقن الإلكترونات والثقوب. عندما تتحد الإلكترونات والثقوب مرة أخرى، يتم إطلاق الطاقة على شكل فوتونات، مما ينتج عنه ضوء مرئي أو أطوال موجية أخرى من الضوء. في المقابل، صمام ثنائي الليزر هو نوع خاص من الصمام الثنائي الباعث للضوء الذي ينتج الضوء من خلال انبعاث الإشعاع المحفز. في صمام ثنائي الليزر، عندما تنتقل الإلكترونات من مستوى طاقة مرتفع إلى مستوى طاقة منخفض، فإنها تطلق فوتونات تتوافق مع تردد معين، وبالتالي تحقيق تضخيم متماسك للضوء.
خصائص الشعاع:
عادة ما تكون أشعة الضوء الناتجة عن الثنائيات الباعثة للضوء غير متماسكة، أي أن طور موجات الضوء وترددها ليس لهما علاقة ثابتة. وهذا يجعل شعاع ضوء الصمام الثنائي الباعث للضوء ينتشر على نطاق واسع ولا يمكن تركيزه بشكل كبير. في المقابل، تكون الحزم التي تنتجها الثنائيات الليزرية متماسكة، مما يعني أن هناك علاقة ثابتة بين طور وتردد موجات الضوء. وهذا يسمح لشعاع الليزر الثنائي بالتركيز بدرجة عالية، مما يسمح بتطبيقات أكثر دقة.
الخصائص الطيفية:
الطيف الناتج عن الثنائيات الباعثة للضوء واسع بشكل عام، ويحتوي على مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية للضوء. وهذا يجعل الثنائيات الباعثة للضوء تستخدم على نطاق واسع في مجالات الإضاءة والعرض والإضاءة الخلفية. في المقابل، تنتج ثنائيات الليزر طيفًا ضيقًا يحتوي فقط على أطوال موجية محددة من الضوء. وهذا يجعل الثنائيات الليزرية لها قيمة تطبيقية أعلى في مجالات مثل الاتصالات والقياس والعلاج الطبي.
الكفاءة والقوة:
عادةً ما تكون الثنائيات الباعثة للضوء أقل كفاءة لأن بعض الطاقة تُفقد على شكل حرارة. بالإضافة إلى ذلك، عادة ما تكون قوة الثنائيات الباعثة للضوء صغيرة، مما يحد من استخدامها في التطبيقات عالية الطاقة. في المقابل، تعد الثنائيات الليزرية أكثر كفاءة لأن موجات الضوء التي تنتجها يمكن أن تكون شديدة التركيز، وبالتالي تقلل من فقدان الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون ثنائيات الليزر أكبر في الطاقة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات الطاقة العالية.
مجالات التطبيق:
تستخدم الثنائيات الباعثة للضوء على نطاق واسع في الإضاءة والعرض والإضاءة الخلفية ونقل الإشارات وغيرها من المجالات. نظرًا لانخفاض تكلفتها وموثوقيتها العالية، تتزايد حصة السوق من الثنائيات الباعثة للضوء في هذه المجالات تدريجيًا. في المقابل، تستخدم الثنائيات الليزرية بشكل رئيسي في مجالات الاتصالات والقياس والطبية والتصنيع وغيرها من المجالات. نظرًا لقدرتها العالية وتركيزها العالي وخصائص تماسكها العالية، تتمتع ثنائيات الليزر بمزايا فريدة في التطبيقات في هذه المجالات.

المعلمات المشتركة لثنائيات الليزر
(1) الطول الموجي: أي الطول الموجي العامل لأنبوب الليزر. في الوقت الحالي، تشمل الأطوال الموجية لأنابيب الليزر التي يمكن استخدامها كمفاتيح كهروضوئية 635 نانومتر، 650 نانومتر، 670 نانومتر، 690 نانومتر، 780 نانومتر، 810 نانومتر، 860 نانومتر، 980 نانومتر، إلخ.
(2) تيار العتبة Ith: أي التيار الذي يبدأ عنده أنبوب الليزر في توليد تذبذب الليزر. بالنسبة لأنابيب الليزر العامة منخفضة الطاقة، تبلغ قيمتها حوالي عشرات المللي أمبير. يمكن أن يصل تيار العتبة لأنابيب الليزر ذات بنية البئر الكمومية المتعددة إلى 10 مللي أمبير. الأتى.
(3) تيار التشغيل Iop: أي تيار القيادة عندما يصل أنبوب الليزر إلى طاقة الخرج المقدرة. هذه القيمة مهمة لتصميم وتصحيح دائرة القيادة بالليزر.
(4) زاوية التباعد العمودي θ⊥: الزاوية التي يفتح عندها الشريط المضيء لصمام الثنائي الليزري في الاتجاه العمودي على تقاطع PN، بشكل عام حوالي 15˚~40˚.
(5) زاوية التباعد الأفقي θ∥: الزاوية التي يفتح عندها نطاق انبعاث الضوء من صمام ثنائي الليزر في الاتجاه الموازي لوصلة PN، بشكل عام حوالي 6˚~10˚.
(6) مراقبة التيار Im: أي التيار المتدفق عبر أنبوب PIN عندما يكون أنبوب الليزر عند طاقة الخرج المقدرة.

فحص الصمام الثنائي بالليزر
(1) طريقة قياس المقاومة: قم بإزالة الصمام الثنائي الليزري وقياس قيم المقاومة الأمامية والخلفية بمقياس متعدد في نطاق R×1k أو R×10k. عادة، تتراوح قيمة المقاومة الأمامية بين 20 و40 كيلو أوم، وقيمة المقاومة العكسية هي ∞ (اللانهاية). إذا تجاوزت قيمة المقاومة الأمامية المقاسة 50 كيلو أوم، فهذا يعني أن أداء صمام ثنائي الليزر قد انخفض. إذا كانت قيمة المقاومة الأمامية المقاسة أكبر من 90 كيلو أوم، فهذا يعني أن الصمام الثنائي قد أصبح قديمًا بشكل خطير ولم يعد من الممكن استخدامه.
(2) طريقة القياس الحالية: استخدم مقياسًا متعددًا لقياس انخفاض الجهد عبر مقاوم الحمل في دائرة محرك الصمام الثنائي بالليزر، ثم قم بتقدير القيمة الحالية المتدفقة عبر الأنبوب وفقًا لقانون أوم. عندما يتجاوز التيار 100 مللي أمبير، إذا تم ضبط مقياس جهد طاقة الليزر (انظر الشكل 5)، ولم يكن هناك تغيير واضح في التيار، فيمكن الحكم على أن الصمام الثنائي الليزري يتقادم بشكل خطير. إذا زاد التيار بشكل حاد وخرج عن نطاق السيطرة، فهذا يعني أن تجويف الرنين البصري لصمام الثنائي الليزري تالف.

هناك اختلافات كبيرة بين الثنائيات الباعثة للضوء وثنائيات الليزر من حيث مبادئ العمل، وخصائص الشعاع، والخصائص الطيفية، والكفاءة والقدرة، ومجالات التطبيق. تعتبر الثنائيات الباعثة للضوء مناسبة للتطبيقات ذات مصادر الضوء منخفضة الطاقة وغير المتماسكة، مثل الإضاءة وشاشات العرض، في حين أن الثنائيات الليزرية مناسبة للتطبيقات ذات مصادر الضوء عالية الطاقة والتركيز العالي والتماسك العالي، مثل الاتصالات والطب. يساعدنا فهم هذه الاختلافات على اختيار وتطبيق هاتين التقنيتين لمصدر الضوء بشكل أفضل لتلبية احتياجات المجالات المختلفة.

معلومات الاتصال:

إذا كان لديك أي أفكار، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا وما هي متطلباتنا، سنتبع هدفنا المتمثل في تزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.