Kāda ir atšķirība starp lāzerdiodēm un fotodiodēm

Lāzerdiodes (LD) un fotodiodes (PD) ir plaši izmantotas ierīces mūsdienu optoelektronikā. Lai gan tie abi ir balstīti uz diožu struktūrām, to principos un lietojumos ir būtiskas atšķirības.
Pirmkārt, analizēsim lāzera diodi (LD). Lāzera diode ir aktīvs lāzers, kas var pārveidot elektrisko enerģiju lāzera starojumā. Tās struktūra ir līdzīga tipiskai PN savienojuma diodei, kas sastāv no PN savienojuma un lāzera materiāla. Lāzermateriālu PN savienojumā elektroni tiek ierosināti augstas enerģijas stāvokļos, pieliekot ārēju spriegumu, un, kad šie elektroni pāriet no augstas enerģijas stāvokļiem uz zemas enerģijas stāvokļiem, tie rada lāzera starojumu. Lāzera diodes tiek plaši izmantotas tādās jomās kā komunikācija, lāzerdruka un optiskā glabāšana, jo tās ir mazas, mazas jaudas, augstas efektivitātes un vairākas viļņa garuma iespējas.
Lāzera diode ir pusvadītāju ierīce, kuras kodols ir daudzkārtējs heterosavienojums, ko veido vairāki dažādi materiāli, tostarp n-tipa slānis, ap-tipa slānis un aktīvs slānis. PN pāreja starp n-tipa slāni un p-tipa slāni spēlē lomu fotoelektriskajā pārveidē, un šī savienojuma sprieguma un strāvas raksturlielumi nosaka, vai lāzerdiode darbojas pareizi. Aktīvais slānis ir būtiska lāzerdiodes sastāvdaļa, un tā materiāls nosaka lāzera diodes emisijas viļņa garumu. Piemēram, parastās infrasarkanās lāzerdiodes izmanto GaAs materiālu, bet redzamās gaismas lāzerdiodes izmanto InGaP materiālu.

Lāzerdiožu darba process galvenokārt ietver injekciju, pastiprināšanu un atgriezenisko saiti. Kad PN savienojumam tiek pielikts tiešais spriegums, nesēji tiek ievadīti aktīvajā slānī, izraisot būtisku slāņa nesēja blīvuma palielināšanos un aizraujošu lāzera starojumu. PN savienojuma iekšpusē lāzera diodes konstrukcija rada gaismas viļņu atstarošanas efektu, kur lāzers tiks atstarots un turpinās izplatīties aktīvajā slānī, tādējādi panākot pastiprinājumu. Daļu lāzera diodes gaismas viļņu var izvadīt caur izvades logu, veidojot lāzera staru.
Gluži pretēji, fotodiodes (PD) ir pasīvas ierīces, ko galvenokārt izmanto fotoelektriskai pārveidei, pārvēršot gaismas enerģiju elektroenerģijā. PD struktūra būtībā ir līdzīga lāzerdiodēm, kuras arī sastāv no PN struktūras, bet bez lāzera materiāliem. PD spēlē strāvas avota lomu ķēdē, tālāk apstrādājot fotoelektriski pārveidoto strāvas signālu caur ārējām shēmām, lai panāktu fotoelektrisko signālu noteikšanu un mērīšanu. PD parasti izmantotie materiāli ir silīcijs (Si), germānija (Ge) un kompozītmateriāli, kuru darba viļņa garums ir no redzamās gaismas līdz infrasarkanajam.
PD darbības princips ir vienkāršs un intuitīvs. Kad PN krustojumā tiek apstarota gaisma, fotonu enerģija ierosina nesējus PN savienojuma iekšpusē. Konkrētu veidu struktūrās fotoni var ierosināt elektronus no valences joslas uz vadīšanas joslu, veidojot strāvu. Fotodiodes radītā strāva ir tieši proporcionāla krītošās gaismas intensitātei, kas var atspoguļot gaismas intensitāti.
Lāzerdiodēm un fotodiodēm ir dažādi pielietojumi to atšķirīgo principu un struktūru dēļ. Lāzera diodes galvenokārt izmanto tādās jomās kā optiskie sakari, lāzerdrukāšana un optiskā uzglabāšana. To mazais izmērs, augstā efektivitāte un vairāki atlasāmie viļņu garumi padara tos par svarīgiem optiskās komunikācijas komponentiem. Fotodiodes galvenokārt izmanto tādās jomās kā fotoelektriskā noteikšana, gaismas mērīšana un automātiskā gaismas kontrole, kam ir svarīga loma gaismas intensitātes mērīšanā, fotoelektriskajā pārveidē un gaismas informācijas pārraidē.
Rezumējot, lai gan lāzerdiodes un fotodiodes ir balstītas uz diožu struktūrām, pastāv būtiskas atšķirības to principos un pielietojumos. LD ir aktīvs lāzers, kas pārvērš elektrisko enerģiju lāzera enerģijā, savukārt PD ir pasīva ierīce, kas pārvērš gaismas enerģiju elektroenerģijā. Abiem ir plašs pielietojums tādās jomās kā optiskā komunikācija un optiskie mērījumi.