La différence entre les diodes électroluminescentes et les diodes laser

Dans la technologie moderne, les diodes électroluminescentes (DEL) etDiodes laser (LD)sont deux technologies de source lumineuse courantes. Bien qu’ils soient similaires à certains égards, ils présentent des différences significatives en termes de principe de fonctionnement, d’application et de performances.

La différence dans le principe d'émission de lumière : la LED utilise la recombinaison par émission spontanée de porteurs injectés dans la zone active pour émettre de la lumière, tandis que la LD utilise la recombinaison par émission stimulée pour émettre de la lumière. La direction et la phase des photons émis par la diode électroluminescente sont aléatoires, tandis que les photons émis par la diode laser sont dans la même direction et la même phase.

LED est l'abréviation de Light Emitting Diode. On le voit largement dans la vie quotidienne, comme les voyants lumineux des appareils électroménagers, les feux antibrouillard arrière des voitures, etc. Les caractéristiques les plus remarquables des LED sont leur longue durée de vie et leur efficacité de conversion photoélectrique élevée. Fondamentalement, dans la jonction PN de certains matériaux semi-conducteurs, lorsque les porteurs minoritaires injectés se recombinent avec les porteurs majoritaires, l'énergie excédentaire sera libérée sous forme de lumière, convertissant ainsi directement l'énergie électrique en énergie lumineuse. Lorsqu'une tension inverse est appliquée à la jonction PN, il est difficile d'injecter des porteurs minoritaires, ils n'émettent donc pas de lumière. Ce type de diode réalisée selon le principe de l'électroluminescence par injection est appelée diode électroluminescente, communément appelée LED.

LD est l'abréviation anglaise de diode laser. La structure physique de la diode laser consiste à placer une couche de semi-conducteur photoactif entre les jonctions de la diode électroluminescente. Sa surface d'extrémité est partiellement réfléchissante après avoir été polie, formant ainsi une cavité optique résonante. Dans le cas d'une polarisation directe, la jonction LED émet de la lumière et interagit avec la cavité résonante optique, stimulant ainsi davantage l'émission d'une longueur d'onde unique de lumière à partir de la jonction. Les propriétés physiques de cette lumière dépendent du matériau. Le principe de fonctionnement des diodes laser à semi-conducteurs est théoriquement le même que celui des lasers à gaz. Les diodes laser sont largement utilisées dans les dispositifs optoélectroniques de faible consommation tels que les lecteurs de CD des ordinateurs et les têtes d'impression des imprimantes laser.

Une brève description des différences de principes, d'architecture et de performances entre les deux.
(1) Différence de principe de fonctionnement : la LED utilise la recombinaison par émission spontanée de porteurs injectés dans la zone active pour émettre de la lumière, tandis que la LD utilise la recombinaison par émission stimulée pour émettre de la lumière.
(2) Différence d'architecture : LD possède une cavité résonante optique, qui permet aux photons générés d'osciller et de s'amplifier dans la cavité, tandis que LED n'a pas de cavité résonante.
(3) Différence de performances : la LED n'a pas de caractéristiques de valeur critique et sa densité spectrale est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle du LD. La puissance lumineuse de sortie des LED est faible et l’angle de divergence est grand.

Principe de fonctionnement:
Une diode électroluminescente est un dispositif semi-conducteur qui génère de la lumière en injectant des électrons et des trous. Lorsque les électrons et les trous se recombinent, l’énergie est libérée sous forme de photons, produisant de la lumière visible ou d’autres longueurs d’onde de lumière. En revanche, une diode laser est un type spécial de diode électroluminescente qui produit de la lumière par émission stimulée de rayonnement. Dans une diode laser, lorsque les électrons passent d’un niveau d’énergie élevé à un niveau d’énergie faible, ils libèrent des photons correspondant à une fréquence spécifique, obtenant ainsi une amplification cohérente de la lumière.
Caractéristiques du faisceau :
Les faisceaux lumineux générés par les diodes électroluminescentes sont généralement incohérents, c'est-à-dire que la phase et la fréquence des ondes lumineuses n'ont pas de relation fixe. Cela fait que le faisceau lumineux de la diode électroluminescente se propage largement et ne peut pas être fortement focalisé. En revanche, les faisceaux produits par les diodes laser sont cohérents, ce qui signifie que la phase et la fréquence des ondes lumineuses ont une relation fixe. Cela permet au faisceau de la diode laser d'être hautement focalisé, permettant ainsi des applications plus précises.
Caractéristiques spectrales :
Le spectre produit par les diodes électroluminescentes est généralement large et contient une variété de longueurs d'onde de lumière. Cela rend les diodes électroluminescentes largement utilisées dans les domaines de l'éclairage, de l'affichage et du rétroéclairage. En revanche, les diodes laser produisent un spectre étroit qui ne contient que des longueurs d’onde spécifiques de lumière. Cela confère aux diodes laser une valeur d'application plus élevée dans des domaines tels que les communications, la mesure et le traitement médical.
Efficacité et puissance :
Les diodes électroluminescentes sont généralement moins efficaces car une partie de l’énergie est perdue sous forme de chaleur. De plus, la puissance des diodes électroluminescentes est généralement faible, ce qui limite leur utilisation dans les applications à forte puissance. En revanche, les diodes laser sont plus efficaces car les ondes lumineuses qu’elles produisent peuvent être hautement focalisées, réduisant ainsi les pertes d’énergie. De plus, les diodes laser peuvent avoir une puissance plus importante, ce qui les rend adaptées aux applications à haute puissance.
Zone d'application:
Les diodes électroluminescentes sont largement utilisées dans l'éclairage, l'affichage, le rétroéclairage, la transmission de signaux et d'autres domaines. En raison de leur moindre coût et de leur plus grande fiabilité, la part de marché des diodes électroluminescentes dans ces domaines augmente progressivement. En revanche, les diodes laser sont principalement utilisées dans les domaines des communications, de la mesure, de la médecine, de la fabrication et autres. En raison de leurs caractéristiques de puissance élevée, de focalisation élevée et de cohérence élevée, les diodes laser présentent des avantages uniques dans les applications dans ces domaines.

Paramètres communs des diodes laser
(1) Longueur d'onde : c'est-à-dire la longueur d'onde de travail du tube laser. Actuellement, les longueurs d'onde des tubes laser pouvant être utilisés comme commutateurs photoélectriques comprennent 635 nm, 650 nm, 670 nm, 690 nm, 780 nm, 810 nm, 860 nm, 980 nm, etc.
(2) Courant de seuil Ith : c'est-à-dire le courant auquel le tube laser commence à générer une oscillation laser. Pour les tubes laser généraux de faible puissance, sa valeur est d'environ plusieurs dizaines de milliampères. Le courant de seuil des tubes laser dotés d’une structure contrainte à plusieurs puits quantiques peut être aussi faible que 10 mA. ce qui suit.
(3) Courant de fonctionnement Iop : c'est-à-dire le courant d'entraînement lorsque le tube laser atteint la puissance de sortie nominale. Cette valeur est importante pour la conception et le débogage du circuit de pilotage laser.
(4) Angle de divergence verticale θ⊥ : L'angle auquel la bande lumineuse de la diode laser s'ouvre dans la direction perpendiculaire à la jonction PN, généralement autour de 15˚~40˚.
(5) Angle de divergence horizontal θ∥ : L'angle auquel la bande électroluminescente de la diode laser s'ouvre dans la direction parallèle à la jonction PN, généralement autour de 6˚~10˚.
(6) Courant de surveillance Im : c'est-à-dire le courant circulant à travers le tube PIN lorsque le tube laser est à la puissance de sortie nominale.

Inspection des diodes laser
(1) Méthode de mesure de la résistance : retirez la diode laser et mesurez ses valeurs de résistance directe et inverse avec un multimètre dans la plage R×1k ou R×10k. Normalement, la valeur de la résistance directe est comprise entre 20 et 40 kΩ et la valeur de la résistance inverse est ∞ (infini). Si la valeur de résistance directe mesurée dépasse 50 kΩ, cela signifie que les performances de la diode laser ont diminué. Si la valeur de résistance directe mesurée est supérieure à 90 kΩ, cela signifie que la diode a été sérieusement vieillie et ne peut plus être utilisée.
(2) Méthode de mesure du courant : utilisez un multimètre pour mesurer la chute de tension aux bornes de la résistance de charge dans le circuit de commande de la diode laser, puis estimez la valeur du courant circulant à travers le tube selon la loi d'Ohm. Lorsque le courant dépasse 100 mA, si le potentiomètre de puissance laser est ajusté (voir Figure 5) et qu'il n'y a pas de changement évident dans le courant, on peut juger que la diode laser vieillit sérieusement. Si le courant augmente fortement et devient incontrôlable, cela signifie que la cavité résonante optique de la diode laser est endommagée.

Il existe des différences significatives entre les diodes électroluminescentes et les diodes laser en termes de principes de fonctionnement, de caractéristiques de faisceau, de caractéristiques spectrales, d'efficacité et de puissance, ainsi que de domaines d'application. Les diodes électroluminescentes conviennent aux applications utilisant des sources lumineuses incohérentes de faible puissance, telles que l'éclairage et les écrans, tandis que les diodes laser conviennent aux applications utilisant des sources lumineuses haute puissance, hautement focalisées et hautement cohérentes, telles que les communications et le secteur médical. Comprendre ces différences nous aide à mieux sélectionner et appliquer ces deux technologies de sources lumineuses pour répondre aux besoins de différents domaines.

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