Что делает светодиод лазерным диодом?

Обзор высокого уровня по этому вопросу в порядке:

Прочитав https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode , я до сих пор не могу сказать, отличается ли электроника, которая позволяет диоду работать, от той, которая позволяет ему излучать свет. Итак, в общем, лазерный диод - это светодиод плюс какой-то оптический резонатор или резонатор?

Или какие-либо лазерные диоды сами по себе электронно отличаются от нелазерных светодиодов, то есть они не выглядят как светодиоды, плюс некоторая дополнительная физическая структура, позволяющая им действовать как лазер?

Вы знаете, что делает свет лазером?
Подумай об этом. Светодиоды уже излучают почти чистые цвета света. «Лазерный» светодиод излучает ультрачистый цвет света. Вы не искали термин "LED Laser"?
@Sparky256 — Да, этот термин есть в моей истории поиска. Спасибо также за предложение «подумать об этом». Это было так полезно, что я собираюсь применить его к вопросам, которые у меня возникнут в будущем!
@ЕвгенийШ. – Нет, но я знаю характеристики лазерного излучения.

Ответы (4)

Я до сих пор не могу сказать, отличается ли электроника, позволяющая диоду работать, от той, которая позволяет ему излучать свет.

Это не электроника, это оптический резонатор.

Если оптический сигнал подается обратно через усиливающую среду (PN-переход) таким образом, что потери в оба конца не превышают усиления в оба конца, «светодиод» начнет мигать.

Полость лазерного диода может быть образована сколотыми гранями на поверхности чипа, брэгговскими отражателями, нанесенными на чип, или даже внешними линзами и/или зеркалами какого-либо типа.

Как правило, устройство, спроектированное как лазерный диод, также будет включать в себя волноводную структуру на кристалле (и перекрывающемся переходе) для обеспечения низких потерь при передаче туда и обратно, в то время как устройство, разработанное как светодиод, не будет иметь какой-либо отдельной волноводной структуры, хотя есть также такая вещь, как светодиод с резонансным резонатором (RCLED).

Интересно. Я не могу сказать из быстрого поиска, что отличает RCLED: они по сути лазерные диоды, работающие ниже порога генерации? Или они производят некоторые , но не все характеристики лазерного излучения?
Я никогда не работал с RCLED, но у меня сложилось впечатление, что они в основном используются для повышения эффективности.
Существует категория светодиодов «высокой эффективности». Он плоский и круглый, как крошечное печенье Oreo, излучающее свет со всех сторон. Он находится в чаше с золотой подкладкой, которая отражает весь свет на линзу. Объектив определяет тета или угол обзора.
Кроме того: лазерные диоды, когда они перегружены до такой степени, что структура оптического резонатора разрушается, продолжают работать как обычные светодиоды!
@rackandboneman или, конечно, ниже порога. Многие дешевые также стареют без перегрузки, пока не перестанут работать.
Мое ограниченное чтение показывает, что RCLED в значительной степени отличаются гораздо более узким спектром излучения по сравнению с обычными светодиодами, но, с другой стороны, я спектроскопист, поэтому склонен смотреть на вещи с этой стороны. Интересно, что в английской Википедии нет статьи, а в немецкой — не более чем заглушка.

Светодиод: напряжение на диоде поднимает свободные электроны через запрещенную зону на более высокий уровень. Они излучают свет, когда возвращаются на нижний уровень. В соответствии с правилами квантовой механики, когда это происходит спонтанно, это происходит случайно, если не предпринимаются другие меры. Степени свободы в светодиоде позволяют использовать переменную длину волны (частоту) и момент времени. Таким образом, испускаемые фотоны являются «некогерентными».

ЛАЗЕР: Степени свободы для фотонов удалены. Оптический резонатор допускает только одну (или очень мало) длину волны (множители длины резонатора). А ранее испущенные фотоны, «проходя мимо», стимулируют испускание нового фотона. Поэтому большинство фотонов имеют одинаковую фазу и частоту. Они «согласованные».

Несмотря на то, что у светодиода уже есть очень небольшая вариация длины волны, лазерная оптика уменьшает эту вариацию. Противоречивый аспект ЛАЗЕРА исходит из квантовой механики. Вы можете подумать, что фотон излучается спонтанно, а затем резонирует, если его длина волны соответствует геометрии резонатора. Но из-за квантовой механики геометрия ЛАЗЕРА (диода) делает очень маловероятным спонтанное излучение фотона или на другой длине волны.

Мое замешательство возникает в вашем последнем абзаце: отличается ли что-то в самом p-n-переходе в диодном лазере? То есть, является ли основной стимул для обоих диодов спонтанным излучением фотонов, и в лазере геометрия , построенная вокруг этого перехода, усиливает эти спонтанные излучения до такой степени, что подавляющее большинство фотонов испускается при стимуляции? Или сам переход в лазерном диоде отличается тем, что ограничивает количество и/или длину волны спонтанно испускаемых фотонов даже ниже порога генерации ?
При включении лазерного диода изначально отсутствуют фотоны, которые могли бы стимулировать излучение. Так сначала случаются самопроизвольные выбросы. Затем они перемещаются взад и вперед в оптическом резонаторе и стимулируют испускание большего количества фотонов, и стимулированное излучение быстро становится доминирующим.
В качестве запоздалой мысли: стимулированное излучение может не стать «доминирующим». Спонтанное излучение будет по-прежнему происходить, но цель состоит в том, чтобы иметь высокий процент вынужденного излучения, потому что это определяет эффективность лазерного диода.
Мне до сих пор неясны пояснения, запрошенные в моем первом комментарии: похоже , вы могли бы сказать: «Да, ядро ​​​​лазерного диода представляет собой (или может быть) p-n-переход, как и любой другой светоизлучающий диод, который работает за счет спонтанное излучение. Что делает диод лазером, так это дополнительные аппаратные функции (которые мы называем оптическим резонатором ), которые позволяют этим спонтанным фотонам стимулировать больше фотонов». Это правильно? Или лазерный диод — это просто оптический резонатор с электрической накачкой, который спонтанно производит несколько фотонов и поэтому принципиально отличается от «обычного» светодиода?
Лазер работает за счет вынужденного излучения, а не спонтанного излучения. Возможно, вы захотите посмотреть: Learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_26.php

Диодный лазер представляет собой светодиод в оптическом резонаторе.

Диодные лазеры хороши тем, что они «нарушают» несколько правил работы с лазерами:

  1. Выигрыш полупроводников настолько велик, что хотя радиусы граней, образующих полость, действительно велики (т. е. практически плоские), она все равно генерируется. (Уравнение лазера предсказывает, что для генерации лазера на паре плоских поверхностей необходимо бесконечное усиление)!

  2. Есть доказательство того, что для генерации накачиваемой среды необходимо как минимум три энергетических уровня, но у полупроводниковых лазеров их только два (потому что они накачиваются не оптически, а электрически).

Относительно № 2: правильно ли будет сказать, что диодные лазеры «оптически самонакачиваются »? Насколько я понимаю: стимулированные излучения «стимулируются» фотонами самого светодиода, верно?
У вас есть какие-то источники?
Вместо оптической накачки они имеют электрическую накачку. «Накачка» — это процесс подъема электронов над запрещенной зоной, из которой они затем могут упасть вниз и излучать фотоны.
@Joachim Исправлено, чтобы сказать, что они электрически накачаны.
@PeterMortensen мои заметки о лазерном классе 2006 года: S. Но это есть в любой учебнике по лазерной технике для старшекурсников.
@feetwet Во всех лазерах должно быть «стимулированное» излучение; это фотоны, сбивающие возбужденные фотоны. Я имею в виду «накачку» процесса перевода электронов в возбужденное состояние. Для генерации лазера существует несколько условий, одно из которых заключается в том, что усиливающая среда накачивается настолько сильно, что возбужденных электронов больше, чем электронов в более низком состоянии - инверсия населенности - в противном случае у вас было бы больше поглощенных фотонов, переводящих электроны в более высокие состояния, чем стимулирует выход большего количества фотонов.
О нарушенном вами правиле № 1: у лазерного диода плоские грани, но он также имеет встроенный волновод. Вы также можете сделать газовый лазер или лазер на красителе с плоскими зеркалами, если вы включите в резонатор линзу, чтобы луч не расходился. На № 2: полупроводниковая усиливающая среда имеет много уровней в зоне проводимости, а не только один, так что на самом деле это не двухуровневая система. Также возможна оптическая накачка полупроводникового лазера, и на самом деле обычно лазер с оптической накачкой демонстрируется перед лазером с электрической накачкой в ​​новом типе материала.

Для того, чтобы светодиод считался «лазерным» светодиодом, его конструкция должна быть такой, чтобы определенное количество производимого им света отражалось обратно на себя с помощью оптических (или электрических) средств, чтобы вновь созданный (посредством стимуляции ) фотоны идут «в ногу» с предыдущими, тем самым создавая когерентный пучок фотонов.
Удовлетворение требованиям к стимулированному излучению радиации — вот что делает его лазером !

Что делает светодиод лазерным диодом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v