LED's (Light Emitting Diodes) en lasers (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) zijn twee van de meest gebruikte fotonica-apparaten in verschillende toepassingen zoals verlichting, datacommunicatie, medische en militaire systemen. Hoewel zowel LED- als laserapparaten licht genereren, hebben ze verschillende structuren en mechanismen voor lichtemissie. In dit artikel bespreken we de verschillen tussen LED- en laserstructuren.
1. LED-structuur
LED's zijn doorgaans gemaakt van halfgeleidermaterialen zoals galliumarsenide (GaAs) of galliumnitride (GaN). Ze zijn samengesteld uit een pn-overgang, waar elektronen en gaten samenkomen en energie vrijgeven in de vorm van lichtfotonen. LED's kunnen worden onderverdeeld in twee typen: directe bandafstand en indirecte bandafstand. Directe bandgap-LED's zenden licht uit rechtstreeks uit de recombinatie van elektronen en gaten, terwijl indirecte bandgap-LED's de hulp van een nabijgelegen kristaldefect nodig hebben om licht uit te zenden. LED's zijn meestal apparaten met een laag vermogen en kunnen licht uitstralen in verschillende kleuren, waaronder rood, groen, blauw en wit.
2. Laserstructuur
Lasers daarentegen bestaan uit drie basiselementen: een actief medium, een pompbron en een resonantieholte. Het actieve medium is een materiaal dat in staat is licht te versterken door gestimuleerde emissie. De pompbron levert energie om de atomen of moleculen in het actieve medium naar een hoger energieniveau te brengen. De resonantieholte geeft feedback om het door het actieve medium uitgezonden licht te versterken. Laserstructuren kunnen in twee hoofdtypen worden ingedeeld: randemitterend en oppervlakte-emitterend. Randemitterende lasers zenden licht uit vanaf de rand van het apparaat, terwijl oppervlakte-emitterende lasers licht uitstralen vanaf het oppervlak.
3. Verschillen tussen LED- en laserstructuren
Het belangrijkste verschil tussen LED- en laserstructuren ligt in hun werkingsmechanisme. LED's zenden licht uit wanneer elektronen recombineren met gaten, en het licht wordt vervolgens spontaan in alle richtingen uitgezonden. Lasers daarentegen zenden licht uit wanneer aangeslagen atomen of moleculen in het actieve medium fotonen uitzenden die andere atomen of moleculen stimuleren om meer fotonen uit te zenden, wat resulteert in een coherente lichtbundel. Door het coherente en gerichte karakter van laserlicht kan het veel verder reizen dan LED-licht.
Een ander verschil is de complexiteit van de structuren. Hoewel LED-structuren over het algemeen eenvoudiger zijn en minder stroom vereisen, zijn laserstructuren complexer en vereisen ze een hoger vermogen om te werken. Dit komt omdat lasers een resonantieholte nodig hebben om de feedback te creëren die nodig is voor coherente lichtemissie, terwijl LED's dat niet doen.
Samenvattend zijn LED's en lasers verschillende fotonische apparaten met verschillende structuren en mechanismen voor lichtemissie. LED's zenden licht uit vanaf een pn-overgang wanneer elektronen en gaten recombineren, terwijl lasers coherent en gericht licht uitzenden door gestimuleerde emissie in een actief medium in een resonantieholte. Beide apparaten hebben verschillende toepassingen en voordelen, afhankelijk van de specifieke vereisten van het systeem.
