Apa yang membuat LED dioda laser?

20

Survei tingkat tinggi dari pertanyaan ini baik-baik saja:

Setelah membaca https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode saya masih tidak bisa memastikan apakah elektronik yang memungkinkan diode untuk lase berbeda dari yang memungkinkannya memancarkan cahaya. Jadi, secara umum, apakah dioda laser LED ditambah semacam resonator optik atau rongga?

Atau apakah ada dioda laser yang secara elektronik berbeda dari LED non-laser, yang berarti mereka tidak terlihat seperti LED ditambah beberapa struktur fisik tambahan untuk memungkinkan mereka bertindak sebagai laser?

led components laser-diode footwet
sumber
Tahukah Anda apa yang membuat cahaya menjadi laser?
Eugene Sh.
Pikirkan tentang itu. LED sudah mengeluarkan warna cahaya yang hampir murni. LED 'Laser' memadamkan warna cahaya yang sangat murni. Apakah Anda repot mencari istilah "Laser LED"?
Sparky256
17
@ Sparky256 - Ya, istilah itu ada dalam riwayat pencarian saya. Terima kasih juga atas saran yang saya "Pikirkan tentang itu." Itu sangat membantu saya akan menerapkannya pada pertanyaan yang saya miliki di masa depan!
feetwet
2
@EugeneSh. - Tidak, tapi saya tahu karakteristik sinar laser.
feetwet

Jawaban:

24

Saya masih tidak tahu apakah elektronik yang memungkinkan dioda berbeda, dari yang memungkinkannya memancarkan cahaya

Bukan elektronik, melainkan rongga optik.

Jika sinyal optik diumpankan kembali melalui media penguatan (persimpangan PN) sedemikian rupa sehingga kehilangan round trip tidak lebih dari gain round trip, sebuah "LED" akan mulai lase.

Rongga dioda laser dapat dibentuk oleh sisi-sisi yang terpotong pada permukaan chip, reflektor Bragg yang dipola ke dalam chip, atau bahkan lensa eksternal dan / atau cermin dari beberapa jenis.

Secara umum, perangkat yang dirancang sebagai dioda laser juga akan mencakup struktur pandu gelombang pada chip (dan tumpang tindih persimpangan) untuk memfasilitasi kehilangan perjalanan bolak-balik yang rendah, sedangkan perangkat yang dirancang untuk menjadi LED tidak akan memiliki struktur pandu gelombang yang berbeda, meskipun ada juga hal seperti LED rongga resonansi (RCLED).

Foton
sumber
Menarik. Saya tidak tahu dari pencarian cepat apa yang membedakan RCLEDs: Apakah mereka pada dasarnya laser dioda dioperasikan di bawah ambang batas penguat? Atau apakah mereka menghasilkan beberapa tetapi tidak semua karakteristik sinar laser?
feetwet
1
Ada kategori 'Efisiensi Tinggi' LED. Itu mendatar dan bulat seperti kue Oreo kecil, memancarkan cahaya dari semua sisi. Itu duduk di mangkuk berlapis emas yang memantulkan semua cahaya ke lensa. Lensa menentukan theta, atau sudut pandang.
Sparky256
1
Juga: Laser dioda, ketika kelebihan beban ke titik di mana struktur rongga optik rusak, terus bekerja seperti LED normal!
rackandboneman
1
@rackandboneman atau tentu saja di bawah ambang batas. Banyak yang murah juga menua tanpa kelebihan sampai mereka tidak lagi bergairah.
Chris H
1
Bacaan terbatas saya menunjukkan bahwa RCLEDs sebagian besar dibedakan oleh spektrum emisi yang jauh lebih sempit dibandingkan dengan LED normal - tapi kemudian saya seorang spektroskopi sehingga cenderung melihat sesuatu dari sisi itu. Sangat menarik bahwa tidak ada artikel Wikipedia bahasa Inggris, dan yang berbahasa Jerman tidak lebih dari sebuah rintisan.
Chris H
4

LED: Tegangan pada dioda mengangkat elektron bebas melintasi celah pita ke tingkat yang lebih tinggi. Mereka memancarkan cahaya ketika mereka jatuh kembali ke level yang lebih rendah. Karena aturan mekanika kuantum ketika ini terjadi secara spontan adalah acak jika tidak ada tindakan lain yang diambil. Tingkat kebebasan dalam LED memungkinkan untuk panjang gelombang variabel (frekuensi) dan titik waktu. Dengan demikian foton yang dipancarkan adalah "tidak koheren".

LASER: Derajat kebebasan untuk foton dihapus. Rongga optik hanya memungkinkan satu (atau sangat sedikit) panjang gelombang (faktor panjang resonator). Dan foton yang sebelumnya dipancarkan "lewat" menstimulasi emisi foton baru. Jadi kebanyakan foton memiliki fase dan frekuensi yang sama. Mereka "koheren".

Meskipun LED sudah memiliki variasi panjang gelombang yang sangat kecil, optik LASER mengurangi variasi itu. Aspek kontra intuitif LASER berasal dari mekanika kuantum. Anda mungkin berpikir bahwa foton dipancarkan secara spontan dan kemudian akan beresonansi jika memiliki panjang gelombang yang tepat yang sesuai dengan geometri resonator. Tetapi karena mekanika kuantum, geometri LASER- (dioda) membuatnya sangat tidak mungkin bagi sebuah foton untuk dipancarkan secara spontan atau pada panjang gelombang lain.

Joachim
sumber
1
Kebingungan saya muncul pada paragraf terakhir Anda: Apakah ada sesuatu tentang sambungan pn itu sendiri dalam laser dioda yang berbeda? Yaitu, apakah stimulus yang mendasari kedua dioda merupakan emisi foton spontan, dan pada laser geometri yang dibangun di sekitar persimpangan memperkuat amplifikasi emisi spontan sedemikian rupa sehingga sebagian besar foton dipancarkan oleh stimulasi? Atau apakah persimpangan itu sendiri dalam dioda laser berbeda dengan cara yang membatasi jumlah dan / atau panjang gelombang foton yang dipancarkan secara spontan, bahkan di bawah ambang penguat ?
feetwet
Saat menyalakan dioda laser pada awalnya tidak ada foton yang dapat merangsang emisi. Jadi pada awalnya terjadi emisi spontan. Kemudian ini bolak-balik di rongga optik dan merangsang emisi lebih banyak foton dan emisi terstimulasi dengan cepat menjadi mendominasi.
Joachim
Sebagai renungan: Emisi terstimulasi mungkin tidak menjadi "mendominasi". Emisi spontan akan terus terjadi, tetapi tujuannya adalah untuk memiliki persentase tinggi emisi terstimulasi karena itu menentukan efisiensi dioda laser.
Joachim
1
Aku masih belum jelas pada klarifikasi yang diminta dalam komentar pertama saya: Ini terdengar seperti Anda mungkin berkata, "Ya, inti dari dioda laser (atau bisa) pn junction seperti light emitting diode lainnya, yang bekerja dengan spontan emisi. Apa yang membuat dioda laser adalah tambahan fitur hardware (yang kita sebut rongga optik ) yang memungkinkan mereka foton spontan untuk merangsang lebih foton." Apakah itu benar? Atau apakah dioda laser hanya rongga optik yang dipompa secara elektrik yang kebetulan menghasilkan beberapa foton secara spontan, dan apakah pada dasarnya berbeda dari LED "biasa"?
feetwet
Laser bekerja dengan emisi terstimulasi bukan emisi spontan. Anda mungkin ingin melihat: learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_26.php
Joachim
3

Laser dioda adalah LED dalam rongga optik.

Laser dioda agak keren karena mereka "melanggar" beberapa aturan laser:

  1. Keuntungan dari semikonduktor sangat besar sehingga meskipun jari-jari segi-segi yang menciptakan rongga benar-benar tinggi (yaitu, pada dasarnya datar), ia tetap lasis. (Persamaan laser memprediksi bahwa penguatan tak terbatas diperlukan untuk sepasang permukaan datar agar terbaring)!

  2. Ada bukti bahwa setidaknya tiga tingkat energi diperlukan untuk media yang dipompa ke lase, tetapi laser semikonduktor hanya memiliki dua (karena mereka tidak dipompa secara optik, tetapi dipompa secara elektrik).

pengguna1512321
sumber
Mengenai # 2: Apakah akurat untuk mengatakan bahwa laser dioda "secara optis berdaya sendiri "? Jika saya memahaminya: Emisi terstimulasi "dirangsang" oleh foton dari LED itu sendiri, bukan?
feetwet
Apakah Anda memiliki beberapa sumber?
Peter Mortensen
Alih-alih dipompa secara optikal, mereka dipompa secara elektrik. "Memompa" adalah proses mengangkat elektron di atas celah pita yang darinya mereka dapat jatuh dan memancarkan foton.
Joachim
@ Joachim Dikoreksi dengan mengatakan mereka dipompa secara listrik.
user1512321
1
@ Tweetwet Di semua laser harus ada emisi "terstimulasi"; yaitu foton yang melepaskan foton yang bersemangat. Yang saya maksudkan di sini adalah "memompa" proses menempatkan elektron dalam keadaan tereksitasi. Untuk laser untuk melepaskan ada beberapa kondisi salah satunya adalah bahwa media gain dipompa begitu banyak sehingga ada lebih banyak elektron tereksitasi daripada elektron keadaan lebih rendah - inversi populasi - jika tidak, Anda akan memiliki lebih banyak foton yang diserap menempatkan elektron ke dalam keadaan lebih tinggi daripada merangsang lebih banyak foton keluar.
user1512321
0

Agar LED dianggap sebagai "laser" LED, desainnya harus sedemikian rupa sehingga sejumlah cahaya yang dihasilkannya harus dipantulkan kembali ke dirinya sendiri, dengan cara optik (atau listrik), sehingga baru dibuat (melalui stimulasi ) foton "dalam langkah" dengan yang sebelumnya, sehingga menciptakan berkas foton yang koheren .
Memenuhi S timulated E misi R persyaratan adiation, adalah apa yang membuatnya menjadi laser yang !

Guill
sumber