半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管有什么不同？

半導(dǎo)體激光器和二極管有什么異同點(diǎn)一直受到關(guān)注，松盛光電來給大家介紹分享，半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管在原理、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等方面存在諸多不同，來了解一下吧。

工作原理

半導(dǎo)體激光器：基于受激輻射原理。當(dāng)半導(dǎo)體材料中的電子在外界能量激勵下，從低能級躍遷到高能級，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。此時，處于高能級的電子在自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子刺激下，會躍遷回低能級，并輻射出與入射光子頻率、相位、偏振態(tài)相同的光子，通過諧振腔的反饋?zhàn)饔?，使這種受激輻射過程不斷放大，從而產(chǎn)生激光輸出。

發(fā)光二極管：基于自發(fā)輻射原理。在半導(dǎo)體 PN 結(jié)中，當(dāng)給 PN 結(jié)施加正向電壓時，N 區(qū)的電子和 P 區(qū)的空穴會向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，在擴(kuò)散過程中，電子與空穴復(fù)合，多余的能量以光子的形式釋放出來，從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。但這些光子的頻率、相位和偏振態(tài)是隨機(jī)的，不具有激光的相干性。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

半導(dǎo)體激光器：通常具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。它一般包含有源區(qū)、限制層、波導(dǎo)層等多層結(jié)構(gòu)，并且兩端具有高反射率的鏡面，形成諧振腔。有源區(qū)是產(chǎn)生激光的區(qū)域，限制層用于限制載流子和光場在有源區(qū)內(nèi)，波導(dǎo)層則引導(dǎo)光在器件內(nèi)傳播。此外，還可能有散熱層、電極等輔助結(jié)構(gòu)，以保證激光器的穩(wěn)定工作。

發(fā)光二極管：結(jié)構(gòu)相對簡單。主要由 PN 結(jié)、電極和封裝材料組成。PN 結(jié)是發(fā)光的核心部分，電極用于施加電壓，封裝材料則起到保護(hù) PN 結(jié)和提高出光效率的作用。一些發(fā)光二極管可能還會有透鏡等光學(xué)結(jié)構(gòu)，用于改變出射光的角度和分布。

性能特點(diǎn)

輸出功率與亮度：半導(dǎo)體激光器能夠產(chǎn)生較高的輸出功率和亮度，特別是在一些高功率應(yīng)用中，如激光加工、激光通信等，其輸出功率可以達(dá)到數(shù)瓦甚至數(shù)十瓦。發(fā)光二極管的輸出功率相對較低，一般在幾毫瓦到幾百毫瓦之間，亮度也比半導(dǎo)體激光器低很多，但在一些照明應(yīng)用中已經(jīng)能夠滿足需求。

光束質(zhì)量：半導(dǎo)體激光器輸出的激光具有良好的方向性和相干性，光束發(fā)散角小，可以聚焦到很小的光斑，從而在激光加工、激光測距等領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。發(fā)光二極管發(fā)出的光發(fā)散角較大，光束質(zhì)量相對較差，但在一些對光束質(zhì)量要求不高的照明和顯示領(lǐng)域，通過光學(xué)設(shè)計可以對其進(jìn)行優(yōu)化。

光譜特性：半導(dǎo)體激光器的光譜線寬較窄，通常在幾納米甚至更窄的范圍內(nèi)，具有很好的單色性。這使得它在一些需要高精度波長控制的應(yīng)用中，如激光通信、激光光譜學(xué)等非常重要。發(fā)光二極管的光譜線寬相對較寬，一般在幾十納米到幾百納米之間，其顏色純度不如半導(dǎo)體激光器，但在一些對顏色要求不高的照明和顯示應(yīng)用中可以通過混合不同顏色的發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)各種顏色的顯示。

應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體激光器：由于其高功率、良好的光束質(zhì)量和單色性，廣泛應(yīng)用于激光加工領(lǐng)域，如切割、焊接、打標(biāo)等;在通信領(lǐng)域，用于光纖通信中的光發(fā)射源;在醫(yī)療領(lǐng)域，可用于激光手術(shù)、激光治療等;在科研領(lǐng)域，如激光光譜學(xué)、激光干涉測量等也有重要應(yīng)用。

發(fā)光二極管：主要應(yīng)用于照明領(lǐng)域，如家庭照明、汽車照明、路燈照明等;在顯示領(lǐng)域，用于顯示屏的背光源、指示燈、數(shù)碼管等;還可用于一些特殊的應(yīng)用，如植物生長照明、生物醫(yī)學(xué)檢測等，利用其不同波長的光對生物組織的影響來實(shí)現(xiàn)特定的功能。