O que torna um LED um diodo laser?

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A pesquisa de alto nível desta questão é boa:

Depois de ler https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode , ainda não sei dizer se os componentes eletrônicos que permitem a instalação de um diodo são diferentes daqueles que permitem emitir luz. Então, em geral, um diodo laser é um LED mais algum tipo de ressonador óptico ou cavidade?

Ou existem diodos a laser distintos eletronicamente dos LEDs que não são laser, o que significa que não se parecem com um LED, além de alguma estrutura física extra para permitir que eles atuem como laser?

led components laser-diode pé molhado
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Você sabe o que faz da luz um laser?
Eugene Sh.
Pense nisso. Os LEDs já emitem cores quase puras de luz. Um LED 'Laser' produz uma cor de luz ultra pura. Você se incomodou em pesquisar o termo "LED Laser"?
precisa saber é o seguinte
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@ Sparky256 - Sim, esse termo está no meu histórico de pesquisas. Obrigado também pela sugestão de que eu "pense sobre isso". Isso foi tão útil que vou aplicá-lo a perguntas que tiver no futuro!
feetwet
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@EugeneSh. - Não, mas conheço as características da luz laser.
feetwet

Respostas:

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Ainda não sei dizer se os componentes eletrônicos que permitem o diodo a ser utilizado são diferentes daqueles que permitem emitir luz

Não é a eletrônica, é a cavidade óptica.

Se o sinal óptico for realimentado através do meio de ganho (a junção PN), de modo que a perda de ida e volta não seja mais do que o ganho de ida e volta, um "LED" começará a piscar.

A cavidade de um diodo laser pode ser formada por facetas clivadas na superfície do chip, refletores Bragg estampados no chip ou mesmo lentes externas e / ou espelhos de algum tipo.

Geralmente, um dispositivo projetado como diodo laser também inclui uma estrutura de guia de onda no chip (e sobreposição da junção) para facilitar a baixa perda de ida e volta, enquanto um dispositivo projetado para ser um LED não terá nenhuma estrutura de guia de onda distinta, embora exista também algo como um LED de cavidade ressonante (RCLED).

O fóton
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Interessante. Em uma pesquisa rápida, não sei dizer o que distingue os RCLEDs: eles são essencialmente diodos a laser operados abaixo do limiar de laser? Ou eles produzem algumas, mas não todas, as características da luz laser?
feetwet
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Existe uma categoria de LEDs de "alta eficiência". É plana e redonda como um pequeno biscoito Oreo, emitindo luz por todos os lados. Senta-se em uma tigela forrada de ouro, que reflete toda a luz nas lentes. A lente determina o teta, ou ângulo de visão.
Sparky256
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Além disso: os diodos a laser, quando sobrecarregados a um ponto em que a estrutura da cavidade óptica é rompida, continuam funcionando como LEDs normais!
Rackandboneman
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@rackandboneman ou, claro, abaixo do limite. Muitos baratos também envelhecem sem sobrecarregar até que não percam mais.
18718 Chris H das
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Minha leitura limitada indica que os RCLEDs são amplamente distinguidos por seu espectro de emissão muito mais estreito em comparação com os LEDs normais - mas então eu sou um espectroscopista, por isso tende a ver as coisas desse lado. É interessante que não haja um artigo em inglês da Wikipedia, e o alemão é pouco mais que um esboço.
18718 Chris H:
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LED: A tensão no diodo eleva os elétrons livres através do bandgap para um nível mais alto. Eles emitem luz quando retornam ao nível mais baixo. Devido às regras da mecânica quântica, quando isso ocorre espontaneamente, é aleatório se nenhuma outra medida for tomada. Os graus de liberdade em um LED permitem comprimentos de onda variáveis ​​(frequências) e ponto no tempo. Assim, os fótons emitidos são "incoerentes".

LASER: Os graus de liberdade para os fótons são removidos. A cavidade óptica permite apenas um (ou muito poucos) comprimentos de onda (fatores do comprimento do ressonador). E os fótons emitidos anteriormente "de passagem" estimulam a emissão do novo fóton. Portanto, a maioria dos fótons tem a mesma fase e frequência. Eles são "coerentes".

Mesmo que o LED já tenha uma variação muito pequena do comprimento de onda, a óptica LASER reduz essa variação. O aspecto contra-intuitivo de um LASER vem da mecânica quântica. Você pode pensar que um fóton é emitido espontaneamente e então ressoaria se tivesse o comprimento de onda certo que se encaixasse na geometria do ressonador. Porém, devido à mecânica quântica, a geometria do LASER- (diodo) torna muito improvável que um fóton seja emitido espontaneamente ou em outro comprimento de onda.

Joachim
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Minha confusão está no seu último parágrafo: algo sobre a própria junção pn em um laser de diodo é diferente? Ou seja, o estímulo subjacente a ambos os diodos é uma emissão espontânea de fótons e, no laser, a geometria construída em torno dessa junção amplifica essas emissões espontâneas a tal ponto que a esmagadora maioria dos fótons é emitida por estímulo? Ou a própria junção em um diodo laser é diferente de forma a limitar o número e / ou comprimento de onda dos fótons emitidos espontaneamente, mesmo abaixo do limiar de laser ?
feetwet
Ao ligar o diodo laser inicialmente, não há fótons que possam estimular a emissão. Então, a princípio, ocorrem emissões espontâneas. Então eles vão e voltam na cavidade óptica e estimulam a emissão de mais fótons e a emissão estimulada rapidamente se torna dominante.
Joachim
Como uma reflexão tardia: as emissões estimuladas podem não se tornar "dominantes". As emissões espontâneas continuarão a ocorrer, mas o objetivo é ter uma alta porcentagem de emissão estimulada, porque isso define a eficiência do diodo laser.
Joachim
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Ainda não estou claro sobre os esclarecimentos solicitados no meu primeiro comentário: Parece que você pode estar dizendo: "Sim, o núcleo de um diodo laser é (ou pode ser) uma junção pn como qualquer outro diodo emissor de luz, que funciona por emissão espontânea. O que torna o diodo um laser são recursos adicionais de hardware (que chamamos de cavidade óptica ) que permitem que esses fótons espontâneos estimulem mais fótons ". Isso esta certo? Ou um diodo laser é apenas uma cavidade óptica eletricamente bombeada que produz alguns fótons espontaneamente e, portanto, é fundamentalmente diferente do LED "comum"?
81818 footwet
O laser funciona por emissão estimulada e não espontânea. Você pode querer olhar: learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_26.php
Joachim
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Um laser de diodo é um LED em uma cavidade óptica.

Os lasers de diodo são bem legais porque "violam" algumas regras do laser:

  1. O ganho de semicondutores é tão grande que, embora o raio das facetas que criam a cavidade seja realmente alto (ou seja, essencialmente plano), ele ainda dura. (A equação do laser prevê que um ganho infinito é necessário para um par de superfícies planas)!

  2. Há uma prova de que são necessários pelo menos três níveis de energia para um meio bombeado para bombear, mas os lasers semicondutores têm apenas dois (porque não são bombeados opticamente, mas bombeados eletricamente).

user1512321
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Em relação ao item 2: seria preciso dizer que os lasers de diodo são " auto- bombeados opticamente "? Se eu entendi: as emissões estimuladas são "estimuladas" por fótons do próprio LED, certo?
feetwet
Você tem algumas fontes?
Peter Mortensen
Em vez de serem bombeados opticamente, eles são bombeados eletricamente. "Bombeamento" é o processo de elevar os elétrons sobre a folga da banda a partir da qual eles podem cair e emitir fótons.
Joachim
@Joachim Corrigido para dizer que eles são bombeados eletricamente.
user1512321
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@feetwet Em todos os lasers deve haver emissão "estimulada"; isto é, fótons eliminando fótons excitados. Estou me referindo aqui ao "bombeamento" do processo de colocar elétrons em um estado excitado. Para que um laser atue, existem várias condições, uma delas é que o meio de ganho é bombeado tanto que há mais elétrons excitados do que elétrons de estado inferior - inversão populacional - caso contrário, você teria mais fótons sendo absorvidos colocando elétrons em estados mais altos do que estimulando mais fótons.
user1512321
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Para que um LED seja considerado um laser "laser", seu design deve ser tal que uma certa quantidade de luz que produza seja refletida de volta para si mesma, por meios ópticos (ou elétricos), de modo que os recém-criados (por estímulo) ) os fótons estão "em sintonia" com os anteriores, criando assim um feixe coerente de fótons.
Enfrentando o S timulated E missão de R exigência adiation, é o que o torna um laser de !

Guill
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