Cosa rende un LED un diodo laser?

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Il sondaggio ad alto livello di questa domanda va bene:

Dopo aver letto https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode non riesco ancora a capire se i componenti elettronici che consentono a un diodo di allentare sono diversi da quelli che gli consentono di emettere luce. Quindi, in generale, un diodo laser è un LED più una sorta di risonatore ottico o cavità?

Oppure alcuni diodi laser sono elettronicamente distinti dai LED non laser, il che significa che non sembrano un LED più una struttura fisica aggiuntiva per consentire loro di agire come un laser?

led components laser-diode

— feetwet
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Sai cosa rende la luce un laser?

— Eugene Sh.

Pensaci. I LED emettono già quasi puri colori di luce. Un LED 'Laser' emette un colore di luce ultra-puro. Ti sei preoccupato di cercare il termine "LED Laser"?

— Sparky256,

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@ Sparky256 - Sì, quel termine è nella mia cronologia delle ricerche. Grazie anche per il suggerimento che io "ci pensi". È stato così utile che lo applicherò alle domande che ho in futuro!

— feetwet

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@EugeneSh. - No, ma conosco le caratteristiche della luce laser.

— feetwet

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Non riesco ancora a capire se i componenti elettronici che consentono a un diodo di allentare sono diversi da quelli che gli consentono di emettere luce

Non è l'elettronica, è la cavità ottica.

Se il segnale ottico viene inviato indietro attraverso il mezzo di guadagno (la giunzione PN) in modo tale che la perdita di andata e ritorno non sia superiore al guadagno di andata e ritorno, un "LED" inizierà a allentarsi.

La cavità di un diodo laser può essere formata da sfaccettature sfaccettate sulla superficie del chip, riflettori di Bragg modellati nel chip, o anche lenti esterne e / o specchi di qualche tipo.

In generale, un dispositivo progettato come un diodo laser includerà anche una struttura di guida d'onda sul chip (e sovrapposizione della giunzione) per facilitare una bassa perdita di andata e ritorno, mentre un dispositivo progettato per essere un LED non avrà alcuna struttura di guida d'onda distinta, sebbene ci sia anche un LED a cavità risonante (RCLED).

— Il fotone
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Interessante. Non riesco a capire da una rapida ricerca ciò che distingue gli RCLED: sono essenzialmente diodi laser che funzionano al di sotto della soglia laser? O producono alcune ma non tutte le caratteristiche della luce laser?

— feetwet

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Esiste una categoria di LED "ad alta efficienza". Si distende piatto ed è rotondo come un piccolo biscotto Oreo, emettendo luce da tutti i lati. Si trova in una ciotola foderata in oro che riflette tutta la luce sull'obiettivo. L'obiettivo determina il theta o l'angolo di visione.

— Sparky256

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Inoltre: i diodi laser, quando sono sovraccarichi fino al punto in cui la struttura della cavità ottica è danneggiata, continuano a funzionare come normali LED!

— Rackandboneman,

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@rackandboneman o ovviamente sotto la soglia. Molti di quelli economici invecchiano anche senza sovraccarico fino a quando non si allentano più.

— Chris H,

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La mia lettura limitata indica che gli RCLED si distinguono in gran parte per il loro spettro di emissione molto più stretto rispetto ai normali LED - ma poi sono uno spettroscopista, quindi tendo a vedere le cose da quel lato. È interessante notare che non esiste un articolo di Wikipedia in inglese, e quello tedesco è poco più di uno stub.

— Chris H,

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LED: la tensione sul diodo solleva gli elettroni liberi attraverso il gap di banda a un livello superiore. Emettono luce quando ritornano al livello inferiore. A causa delle regole della meccanica quantistica quando ciò accade spontaneamente è casuale se non vengono prese altre misure. I gradi di libertà in un LED consentono lunghezze d'onda variabili (frequenze) e punti nel tempo. Pertanto i fotoni emessi sono "incoerenti".

LASER: i gradi di libertà per i fotoni vengono rimossi. La cavità ottica consente solo una (o pochissime) lunghezze d'onda (fattori della lunghezza del risonatore). E i fotoni precedentemente emessi "che passano" stimolano l'emissione del nuovo fotone. Quindi la maggior parte dei fotoni ha la stessa fase e frequenza. Sono "coerenti".

Anche se il LED ha già una variazione molto piccola della lunghezza d'onda, l'ottica LASER riduce tale variazione. L'aspetto contro intuitivo di un LASER deriva dalla meccanica quantistica. Potresti pensare che un fotone venga emesso spontaneamente e quindi risuonerebbe se avesse la giusta lunghezza d'onda che si adatta alla geometria del risonatore. Ma a causa della meccanica quantistica la geometria del LASER- (diodo) rende molto improbabile che un fotone venga emesso spontaneamente o ad un'altra lunghezza d'onda.

— Gioacchino
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La mia confusione arriva nel tuo ultimo paragrafo: qualcosa nella giunzione pn stessa in un diodo laser è diverso? Vale a dire, lo stimolo sottostante per entrambi i diodi è un'emissione di fotoni spontanea e nel laser la geometria costruita attorno a quella giunzione amplifica tali emissioni spontanee a un livello tale che la stragrande maggioranza dei fotoni viene emessa dalla stimolazione? O la giunzione stessa in un diodo laser è diversa in un modo che limita il numero e / o la lunghezza d'onda dei fotoni emessi spontaneamente, anche al di sotto della soglia laser ?

— feetwet

All'accensione del diodo laser inizialmente non ci sono fotoni che potrebbero stimolare l'emissione. Quindi all'inizio si verificano emissioni spontanee. Quindi questi vanno avanti e indietro nella cavità ottica e stimolano l'emissione di più fotoni e l'emissione stimolata diventa rapidamente dominante.

— Gioacchino

Come ripensamento: l'emissione stimolata potrebbe non diventare "dominante". Le emissioni spontanee continueranno ad accadere, ma l'obiettivo è avere un'alta percentuale di emissioni stimolate perché ciò definisce l'efficienza del diodo laser.

— Gioacchino

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Non sono ancora chiaro il chiarimento richiesto nel mio primo commento: sembra che potresti dire: "Sì, il nucleo di un diodo laser è (o può essere) una giunzione pn come qualsiasi altro diodo a emissione di luce, che funziona da emissione spontanea. Ciò che rende il diodo un laser sono caratteristiche hardware aggiuntive (che chiamiamo cavità ottica ) che consentono a quei fotoni spontanei di stimolare più fotoni ". È giusto? Oppure un diodo laser è solo una cavità ottica pompata elettricamente che produce spontaneamente alcuni fotoni, e quindi è fondamentalmente diverso dal LED "comune"?

— feetwet

Il laser funziona per emissione stimolata non per emissione spontanea. Potresti voler guardare: learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_26.php

— Joachim

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Un laser a diodi è un LED in una cavità ottica.

I laser a diodi sono piuttosto belli in quanto "violano" alcune regole laser:

Il guadagno dei semiconduttori è così grande che anche se il raggio delle sfaccettature che creano la cavità è davvero elevato (cioè, sostanzialmente piatto), rimane comunque allentato. (L'equazione laser prevede che per ottenere una coppia di superfici piane è necessario un guadagno infinito)!
C'è una prova che sono necessari almeno tre livelli di energia per un mezzo pompato da allentare, ma i laser a semiconduttore ne hanno solo due (perché non sono pompati otticamente, ma pompati elettricamente).

— user1512321
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Riguardo al n. 2: sarebbe corretto affermare che i laser a diodi sono " auto- pompati otticamente "? Se lo capisco: le emissioni stimolate sono "stimolate" dai fotoni del LED stesso, giusto?

— feetwet

Hai delle fonti?

— Peter Mortensen,

Invece di essere pompati otticamente, vengono pompati elettricamente. Il "pompaggio" è il processo di sollevamento degli elettroni sul divario di banda dal quale possono quindi cadere ed emettere fotoni.

— Gioacchino

@Joachim Corretto per dire che sono pompati elettricamente.

— user1512321

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@feetwet In tutti i laser ci deve essere un'emissione "stimolata"; cioè fotoni che eliminano i fotoni eccitati. Ciò a cui mi riferisco qui è il "pompaggio" del processo di mettere gli elettroni in uno stato eccitato. Perché un laser possa allentare ci sono diverse condizioni, una delle quali è che il mezzo di guadagno sia pompato così tanto che ci sono più elettroni eccitati rispetto agli elettroni di stato inferiore - inversione di popolazione - altrimenti avresti assorbito più fotoni mettendo gli elettroni in stati più alti di stimolando più fotoni.

— user1512321

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Affinché un LED sia considerato un LED "laser", il suo design deve essere tale che una certa quantità di luce che produce deve essere riflessa su se stessa, con mezzi ottici (o elettrici), in modo tale che di recente creazione (tramite stimolazione ) i fotoni sono "al passo" con i precedenti, creando così un fascio coerente di fotoni.
L'incontro con il S timulated E la missione di R requisito adiation, è ciò che rende un laser !

— Guill
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