[Attractor 0]

Доброго всем времени суток! Вот возник у меня такой вопрос: а в чем собственно разница (принципиальная) между светодиодом и т.н. лазерным диодом? Если с красного светодиода снять эту стеклянную оболочку, то чем он будет отличаться от диода, применяемого в тех же лазерных указках? И аналогично, если взять подходящую линзу, в фокусе которой разместить этот светодиод, то чем полученная конструкция будет отличаться от лазерной указки? Что такое светодиод? p-n переход, пропускающий ток в прямом направлении, электроны с дырками рекомбинируют, испускают квант света с энергией, равной ширине запрещенной зоны. В итоге получаем монохроматическое излучение. Чем принципиально отличается лазерный диод? И почему у лазерных диодов, в отличие(!) от светодиодов 3 (и болee) выводов? Заранее благодарен:)

[Mirabella 0]

Доброго всем времени суток! Вот возник у меня такой вопрос: а в чем собственно разница (принципиальная) между светодиодом и т.н. лазерным диодом? Если с красного светодиода снять эту стеклянную оболочку, то чем он будет отличаться от диода, применяемого в тех же лазерных указках? И аналогично, если взять подходящую линзу, в фокусе которой разместить этот светодиод, то чем полученная конструкция будет отличаться от лазерной указки? Что такое светодиод? p-n переход, пропускающий ток в прямом направлении, электроны с дырками рекомбинируют, испускают квант света с энергией, равной ширине запрещенной зоны. В итоге получаем монохроматическое излучение. Чем принципиально отличается лазерный диод? И почему у лазерных диодов, в отличие(!) от светодиодов 3 (и болee) выводов? Заранее благодарен:)

 

 

По этому поводу популярно в институте нам рассказывали так (давно это было... :crying: ):

Представьте, что фотоны (элементарные частички света) -это птицы, которые большой стаей расселись на электрических проводах (или еще где-то).

Если птиц напугать (возбудить) возможны два варианта их поведения:

-они небольшими группами и по одиночке взлетают с насиженного места.

-они все одновременно (синхронно) взлетают, как по команде.

Светодиод - это несинхронное излучение фотонов, лазерный диод -это синхронное излучение этих же самых фотонов.

Никакая линза не позволит обеспечить столь направленное излучение, как у лазера.

[Attractor 0]

По этому поводу популярно в институте нам рассказывали так (давно это было... :crying: ):

Представьте, что фотоны (элементарные частички света) -это птицы, которые большой стаей расселись на электрических проводах (или еще где-то).

Если птиц напугать (возбудить) возможны два варианта их поведения:

-они небольшими группами и по одиночке взлетают с насиженного места.

-они все одновременно (синхронно) взлетают, как по команде.

Светодиод - это несинхронное излучение фотонов, лазерный диод -это синхронное излучение этих же самых фотонов.

Никакая линза не позволит обеспечить столь направленное излучение, как у лазера.

 

Но ведь и в лазерах применяются линзы? :wassat: Я вытащил лазерный диод из дисковода CD-ROM , подключил его к источнику напряжения, и он "светил", в общем-то как обычный светодиод... И в лазерных указках (а также в считывающей головке CD-ROM'a) применяются линзы. И в газовых лазерах строгая параллельность пучка также достигается при помощи вспомогательной оптики (строго параллельные зеркала и др.), т.е. помимо узкого пучка фотонов, есть еще и другие, но благодаря конструкции они просто не имеют "возможности" покинуть лазер. Честно говоря, я не очень понял смысл аналогии с птичками, разве что в глубине души, очень-очень глубоко . Все-таки, в чем различие-то заключается? Светодиод, это ведь тоже не лампочка, "природа его света" вполне квантовая. Да и "светят" без применения оптики они, имхо, одинаково. Разве что в газовых, жидкостных и некоторых других типах лазеров более сложной конструкции нет линз, там пучок изначально параллельный. Но меня интересует именно полупроводниковые. Просвятите пожалуйста:)

 

P.S. Лазерный диод, Светодиод - это ДИОДЫ, но они ведь не зря называются по-разному:) Диод - это в общем-то p-n переход в выводами, ведь так? Светодиод - это действительно p-n переход, пропускающий ток в прямом направлении. Чем же принципиально отличается от него ЛАЗЕРНЫЙ ДИОД? Может в его конструкции имеются какие-то дополнительные элементы? Я бы разломал его, но боюсь, что если таковые и имеются, то не увижу я их из-за малых размеров, да и пока "разбирать" его буду, переломаю там все:)

Изменено 8 августа, 2007 пользователем Attractor

[DS 0]

Если атом (молекула, ядро), находясь в возбужденном состоянии может измлучить фотон определенной частоты, то и поглотить такой же фотон он может с той же вероятностью, если находится в невозбужденном состоянии. Поэтому при "не лазерном" излучении существует некий баланс излученяи/поглощения фотонов в среде.

Отличительной особенностью лазера является наличие "инверсии" в излучающей среде, т.е. количество атомов в возбужденном сосотоянии должно превышать количество атомов в основном состоянии. При этом происходит как-бы "просветление" среды для испускаемого света. Для достижения инверсии используются не очевидные способы, типа многоуровневых энергетических переходов, приводящих атом в состояние в которое он не может попасть просто поглощением кванта света и т.п.

Наличие резонатора - это уже "вотричный половой признак". В принципе лазерный эффект проявляется и без резонатора (например в оптических усилителях).

Так что лазерный диод от фотодиода принципиально отличается структурой кристалла, и в частоности, существенно более сложной "конструкцией"p-n перехода. Лазерные диоды без зеркал также существуют, это так называемые "суперлюминисцентные диоды".

[Mirabella 0]

Но ведь и в лазерах применяются линзы? :wassat: Я вытащил лазерный диод из дисковода CD-ROM , подключил его к источнику напряжения, и он "светил", в общем-то как обычный светодиод... И в лазерных указках (а также в считывающей головке CD-ROM'a) применяются линзы. И в газовых лазерах строгая параллельность пучка также достигается при помощи вспомогательной оптики (строго параллельные зеркала и др.), т.е. помимо узкого пучка фотонов, есть еще и другие, но благодаря конструкции они просто не имеют "возможности" покинуть лазер. Честно говоря, я не очень понял смысл аналогии с птичками, разве что в глубине души, очень-очень глубоко . Все-таки, в чем различие-то заключается? Светодиод, это ведь тоже не лампочка, "природа его света" вполне квантовая. Да и "светят" без применения оптики они, имхо, одинаково. Разве что в газовых, жидкостных и некоторых других типах лазеров более сложной конструкции нет линз, там пучок изначально параллельный. Но меня интересует именно полупроводниковые. Просвятите пожалуйста:)

 

P.S. Лазерный диод, Светодиод - это ДИОДЫ, но они ведь не зря называются по-разному:) Диод - это в общем-то p-n переход в выводами, ведь так? Светодиод - это действительно p-n переход, пропускающий ток в прямом направлении. Чем же принципиально отличается от него ЛАЗЕРНЫЙ ДИОД? Может в его конструкции имеются какие-то дополнительные элементы? Я бы разломал его, но боюсь, что если таковые и имеются, то не увижу я их из-за малых размеров, да и пока "разбирать" его буду, переломаю там все:)

 

http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/091/174.htm:

 

"...Для наблюдения люминесценции необходимо применить какой-либо способ возбуждения (накачки) кристалла, т. е. способ генерации избыточных электронно-дырочных пар (светом, быстрыми электронами или электрическим полем). При малой скорости образования избыточных электронно-дырочных пар излучательная рекомбинация носит беспорядочный (спонтанный) характер и используется в нелазерных полупроводниковых источниках света (см. Светоизлучающий диод). Чтобы получить генерацию когерентного излучения, т. е. лазерный эффект, необходимо создать особое состояние люминесцирующего кристалла — состояние с инверсией населённостей..."

 

 

P.S. В интернете есть о-о-о-о-о-о-чень много информации по этому вопросу, поищите....

[Attractor 0]

Так что лазерный диод от фотодиода принципиально отличается структурой кристалла, и в частоности, существенно более сложной "конструкцией"p-n перехода. Лазерные диоды без зеркал также существуют, это так называемые "суперлюминисцентные диоды".

 

То, что лазерный диод отличается от фотодиода - это ясно, я интересовался светодиодами:) Но думаю, что Вы просто случайно не заметили. За ответ - спасибо, я примерно представляю, как работают лазеры, о способах получения инверсного состояния тоже кое-что помню:) Как же мне еще свой вопрос сформулировать... Может так: чем принципиально отличается "свет" светодиода от "света" лазерного диода? На мой взгляд - одинаково светят :) Ну и про конструкцию все-же интересно

 

P.S. Наверное про "свет" я уже перебрал Ну не знаю, как еще спросить... Я понимаю, что в обоих случаях излучение монохроматическое, но у светодиода оно некогерентное... Но как когерентность (инверсное состояние) в лазерном диоде достигается? Придется все-таки его распилить, только не факт, что я там что-то увижу :)

Изменено 8 августа, 2007 пользователем Attractor

[DS 0]

То, что лазерный диод отличается от фотодиода - это ясно, я интересовался светодиодами:) Но думаю, что вы просто случайно не заметили. За ответ - спасибо, я примерно представляю, как работают лазеры, о способах получения инверсного состояния тоже кое-что помню:) Как же мне еще свой вопрос сформулировать... Может так: чем принципиально отличается "свет" светодиода от "света" лазерного диода? На мой взгляд - одинаково светят :) Ну и про конструкцию все-же интересно

 

Лазерный диод имеет существенно более монохроматичный свет, нежели обычный фотодиод. Т.е существенно более узкую полосу излучения. Попробуйте посмотреть не на глаз, а спектрографом, или в паспорт от лазера и от фотодиода заглянуть. Есть серийные диодные лазеры с шириной линии излучения всего в 1 МГц при мощность 80 мВт. Где Вы такой диод найдете ?

 

 

Лазерный кристалл обычно излучает в конус примерно 30 град. Поэтому, если необходимо создать парараллельный пучок света, ставят специальную линзу-коллиматор. В остальном механическая конструкция примерно одинакова. Еще обычно за "глухим" торцом лазерного диода ставят фотодиод для контроля мощности.

 

У светодиода излучение не монохроматическое, каждый атом излучает на своей частоте. И оно не когерентное - т. е. при расчетах следует считать, что свет испускатеся со свей поверхности крситалла, тогда как для лазера можно считать, что весь свет исходит из одной точки.

Инверсия создается специальной конструкцией перехода, так, что при проходе некоторых промежуточных слоев носители частично теряют энергию, и попадают в энегретическую зону, где спонтанное излучение и безызлучательная рекомбинация маловероятны.

[Attractor 0]

Лазерный диод имеет существенно более монохроматичный свет, нежели обычный фотодиод. Т.е существенно более узкую полосу излучения. Попробуйте посмотреть не на глаз, а спектрографом, или в паспорт от лазера и от фотодиода заглянуть. Есть серийные диодные лазеры с шириной линии излучения всего в 1 МГц при мощность 80 мВт. Где Вы такой диод найдете ?

 

А почему так??? Лазерные диоды, они что более чистые, в плане примесей? Ведь частота генерируемого света определяется шириной запрещенной зоны, фактически химическим составом? Если допустить, что я приготовлю ну ОЧЕНЬ чистый кристалл, где кроме основного элемента и атомов примесей нет ничего, то степень монохроматичности света увеличится? Выходит, все дело только в технологии, а именно качестве изготовления?

Изменено 8 августа, 2007 пользователем Attractor

[DS 0]

А почему так??? Лазерные диоды, они что более чистые, в плане примесей? Ведь частота генерируемого света определяется шириной запрещенной зоны, фактически химическим составом? Если допустить, что я приготовлю ну ОЧЕНЬ чистый кристалл, где кроме основного элемента и атомов примесей нет ничего, то степень монохроматичности света увеличится? Выходит, все дело только в технологии, а именно качестве изготовления?

 

Шириной запрещенной зоны определяется красная граница излучения - фотон с энегргией меньше ширины зоны практически не может быть излучен. Но в зоне проводимости практически бесконечное количство уровней энергии, равное числу атомов в кристалле. С каждого из этих уровней возможно излучение. Чистота кристалла опредеояет только наличие всяческих дополнительных подзон.

[Attractor 0]

Шириной запрещенной зоны определяется красная граница излучения - фотон с энегргией меньше ширины зоны практически не может быть излучен. Но в зоне проводимости практически бесконечное количство уровней энергии, равное числу атомов в кристалле. С каждого из этих уровней возможно излучение. Чистота кристалла опредеояет только наличие всяческих дополнительных подзон.

 

Извините пожалуйста за назойливость (ну долго меня уже этот вопрос мучает :) ), но можно еще один вопросик: а что мешает излучению с разными уровнями энергии в лазерном диоде? Или же оно есть, но по сравнению с основным им просто можно пренебречь, ибо оно в резонаторе не усиливается? Кстати, выходит, в лазерном диоде есть зеркала? Надо однозначно его распилить...

Изменено 8 августа, 2007 пользователем Attractor

[DS 0]

Извините пожалуйста за назойливость (ну долго меня уже этот вопрос мучает :) ), но можно еще один вопросик: а что мешает излучению с разными уровнями энергии в лазерном диоде? Или же оно есть, но по сравнению с основным им просто можно пренебречь, ибо оно в резонаторе не усиливается? Кстати, выходит, в лазерном диоде есть зеркала? Надо однозначно его распилить...

 

В лазерном диоде излучаться могут только те фотоны, для которых выполняется условие инверсии. А это уже не имеет прямого отношения к ширине зоны проводимости. Мало, того, все ухищрения и связаны с тем, чтобы загнать носители в такое состояние, в котором спонтанная рекомбинация была бы невозможна.

Для сужения полосы излучения применятеся также множество ухищрений, например создание прямо в структуре кристалла брегговской решетки.

Зеркалами обыно служат просто грани кристаллов, 30 % отражения дла лазерного диода обычно достаточно. Часто нерабочую грань еще запыляют чем-нибудь, чтобы увеличить коэффициент отражения. Так что зеркал вы там не найдете.

Еще, как правило, в лазерах свет излучается вдоль кристалла, а у диодов - поперек поверхности. Это связано с тем, что кристалл с инверсией прозрачен для данной длины волны, а в светодиоде материал очень сильно поглощает свет.

[Attractor 0]

В лазерном диоде излучаться могут только те фотоны, для которых выполняется условие инверсии. А это уже не имеет прямого отношения к ширине зоны проводимости. Мало, того, все ухищрения и связаны с тем, чтобы загнать носители в такое состояние, в котором спонтанная рекомбинация была бы невозможна.

Для сужения полосы излучения применятеся также множество ухищрений, например создание прямо в структуре кристалла брегговской решетки.

Зеркалами обыно служат просто грани кристаллов, 30 % отражения дла лазерного диода обычно достаточно. Часто нерабочую грань еще запыляют чем-нибудь, чтобы увеличить коэффициент отражения. Так что зеркал вы там не найдете.

Еще, как правило, в лазерах свет излучается вдоль кристалла, а у диодов - поперек поверхности. Это связано с тем, что кристалл с инверсией прозрачен для данной длины волны, а в светодиоде материал очень сильно поглощает свет.

 

Спасибо Вам большое за столь развернутые ответы :beer:

Огромное спасибо всем откликнувшимся. Теперь кое-что прояснилось, надо книжки по физике твердого тела почитать:)

Изменено 8 августа, 2007 пользователем Attractor

[Alex255 0]

Мда... Много интересного узнал

 

Лазерный диод это тот, в котором принципиально можно создать инверсную заселенность, да он еще и не сгорит при этом. В этом была проблема. Поскольку сам эфект собственно заключается в когерентном усилении стимулированным излучением. Первые лазерные диоды (кажется на GaAs) жили недолго поскольку требовались токи порядка 100А/см^2. Потом сделали гетеропереход. Причем у нас. Пороговые плотности снизились на порядок из-за того, что в зонной структуре перехода делалась потенц. яма, где носители и "застревали". Это к вопросу о диоде. А вот лазер - это всенепременно с резонатором, дык еще есть одномодовый режим, есть многомодовый...

[DS 0]

LASER - начинается Light Amplifier... . Так что резонатор совершенно не обязателен. В лазерных усилителя, например, нет резонатора. В эксимерных лазерах, которые используются в полупроводниковой промышленности, тоже резонатор играет весьма второстепенную роль - возбужденное состояния снимается практически за один проход света.

И найдите на досуге классический резонатор в DFB лазерном диоде.

[Alex255 0]

LASER - начинается Light Amplifier... . Так что резонатор совершенно не обязателен. В лазерных усилителя, например, нет резонатора. В эксимерных лазерах, которые используются в полупроводниковой промышленности, тоже резонатор играет весьма второстепенную роль - возбужденное состояния снимается практически за один проход света.

И найдите на досуге классический резонатор в DFB лазерном диоде.

Усилители света можно построить, как Вы догадываетесь совершенно различным способом. Ключевым для лазера является ...by Stimulated Emission of Radiation. Если у Вас не будет резонатора (суть не в том как он устроен), то Вы будете иметь излучающую среду, а вот лазерного луча не получите. Представьте, светится диод. Во все стороны. Вы это лазером назовете?