発光ダイオードとレーザーダイオードの違い

最新のテクノロジーでは、発光ダイオード (LED) とレーザーダイオード（LD）は 2 つの一般的な光源技術です。 これらはいくつかの点で似ていますが、動作原理、用途、性能の点で大きな違いがあります。

発光原理の違い：LEDは活性領域に注入されたキャリアの自然放出再結合を利用して発光するのに対し、LDは誘導放出再結合を利用して発光します。 発光ダイオードが放出する光子の方向と位相はランダムですが、レーザー ダイオードが放出する光子の方向と位相は同じです。

LEDは発光ダイオードの略称です。 家電製品の表示灯や車の後部曇り止め灯など、日常生活で広く使われています。LEDの最大の特徴は長寿命と高い光電変換効率です。 基本的に、一部の半導体材料の PN 接合では、注入された少数キャリアが多数キャリアと再結合するときに、過剰なエネルギーが光の形で放出され、それによって電気エネルギーが光エネルギーに直接変換されます。 PN接合に逆電圧がかかると少数キャリアが注入されにくくなり、発光しません。 注入エレクトロルミネッセンスの原理を使用して作られたこのタイプのダイオードは発光ダイオードと呼ばれ、一般に LED として知られています。

LDはレーザーダイオードの英語の略称です。 レーザー ダイオードの物理的構造は、発光ダイオードの接合間に光活性半導体の層を配置することです。 その端面は研磨後に部分的に反射し、光共振空洞を形成します。 順方向バイアスの場合、LED 接合は光を放出し、光共振空洞と相互作用し、それによって接合からの単一波長の光の放出がさらに促進されます。 この光の物理的特性は材料に依存します。 半導体レーザーダイオードの動作原理は理論的にはガスレーザーの動作原理と同じです。 レーザー ダイオードは、コンピューターの CD ドライブやレーザー プリンターのプリント ヘッドなどの低電力光電子デバイスで広く使用されています。

2 つの原理、アーキテクチャ、パフォーマンスの違いについて簡単に説明します。
（1）動作原理の違い：LEDは活性領域に注入されたキャリアの自然放出再結合を利用して発光するのに対し、LDは誘導放出再結合を利用して発光します。
(2) アーキテクチャの違い: LD には光共振空洞があり、生成された光子が空洞内で発振および増幅できますが、LED には共振空洞がありません。
(3) 性能の違い： LED は臨界値特性を持たず、スペクトル密度が LD に比べて数桁高くなります。 LEDの光出力は小さく、発散角は大きいです。

動作原理:
発光ダイオードは、電子と正孔を注入することによって光を生成する半導体デバイスです。 電子と正孔が再結合すると、エネルギーが光子の形で放出され、可視光または他の波長の光が生成されます。 対照的に、レーザー ダイオードは、放射線の誘導放出によって光を生成する特殊なタイプの発光ダイオードです。 レーザーダイオードでは、電子が高エネルギーレベルから低エネルギーレベルに遷移するときに、特定の周波数に対応する光子を放出し、それによって光のコヒーレントな増幅が達成されます。
ビーム特性:
発光ダイオードによって生成される光ビームは通常、インコヒーレントです。つまり、光波の位相と周波数には固定された関係がありません。 このため、発光ダイオードの光線が広範囲に広がり、高度に集光することができません。 対照的に、レーザー ダイオードによって生成されるビームはコヒーレントです。これは、光波の位相と周波数が一定の関係にあることを意味します。 これにより、レーザー ダイオードのビームが高度に集束され、より正確なアプリケーションが可能になります。
スペクトル特性:
発光ダイオードによって生成されるスペクトルは一般に幅広く、さまざまな波長の光が含まれています。 このため、発光ダイオードは照明、ディスプレイ、バックライトの分野で広く使用されています。 対照的に、レーザー ダイオードは、特定の波長の光のみを含む狭いスペクトルを生成します。 このため、レーザーダイオードは通信、計測、医療などの分野での応用価値が高まります。
効率とパワー:
発光ダイオードは、エネルギーの一部が熱として失われるため、一般に効率が低くなります。 さらに、発光ダイオードの出力は通常小さいため、高出力アプリケーションでの使用は制限されます。 対照的に、レーザー ダイオードは、生成する光波を高度に集中させることができるため、より効率的であり、それによってエネルギー損失が低減されます。 さらに、レーザー ダイオードは出力を大きくできるため、高出力アプリケーションに適しています。
応用分野:
発光ダイオードは、照明、ディスプレイ、バックライト、信号伝送などの分野で広く使用されています。 低コストで信頼性が高いため、これらの分野における発光ダイオードの市場シェアは徐々に拡大しています。 これに対し、レーザーダイオードは主に通信、計測、医療、製造などの分野で使用されています。 レーザーダイオードは、その高出力、高焦点、高コヒーレンス特性により、これらの分野の用途において独自の利点を持っています。

レーザーダイオードの共通パラメータ
(1) 波長: つまり、レーザー管の動作波長です。 現在、光電スイッチとして使用できるレーザー管の波長には、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nmなどが含まれます。
（２）閾値電流Ｉｔｈ：レーザ管がレーザ発振を開始する電流。 一般的な低出力レーザー管の場合、その値は数十ミリアンペア程度です。 歪み多重量子井戸構造を備えたレーザー管のしきい値電流は、10mA 程度まで低くなります。 次の。
(3) 動作電流 Iop: レーザ管が定格出力に達したときの駆動電流です。 この値は、レーザー駆動回路の設計とデバッグにとって重要です。
(4) 垂直発散角 θ⊥：レーザーダイオードの発光帯が PN 接合に対して垂直な方向に開く角度で、一般的には 15°～40°程度です。
(5) 水平発散角 θ∥ : レーザーダイオードの発光バンドが PN 接合と平行な方向に開く角度で、一般的には 6°～10°程度です。
(6) 監視電流 Im: つまり、レーザー管が定格出力のときに PIN 管を流れる電流です。

レーザーダイオードの検査
(1) 抵抗測定方法: レーザーダイオードを取り外し、マルチメータを使用して R×1k または R×10k の範囲で順方向および逆方向の抵抗値を測定します。 通常、順方向抵抗値は20～40kΩ、逆方向抵抗値は∞（無限大）となります。 測定された順方向抵抗値が50kΩを超える場合は、レーザーダイオードの性能が低下していることを意味します。 測定された順方向抵抗値が 90kΩ を超えている場合は、ダイオードが著しく劣化しており、使用できなくなっていることを意味します。
(2) 電流測定方法：レーザーダイオード駆動回路の負荷抵抗の電圧降下をマルチメータで測定し、オームの法則より真空管に流れる電流値を推定します。 電流が 100mA を超えた場合、レーザー出力ポテンショメータを調整しても (図 5 を参照)、電流に明らかな変化がない場合は、レーザー ダイオードが深刻に劣化していると判断できます。 電流が急激に増加して制御不能になった場合、それはレーザー ダイオードの光共振器が損傷していることを意味します。

発光ダイオードとレーザーダイオードの間には、動作原理、ビーム特性、スペクトル特性、効率と出力、および応用分野の点で大きな違いがあります。 発光ダイオードは、照明やディスプレイなどの低電力でインコヒーレントな光源を使用するアプリケーションに適しており、一方、レーザーダイオードは、通信や医療など、高出力で高度に集束され、コヒーレント性の高い光源を使用するアプリケーションに適しています。 これらの違いを理解することで、これら 2 つの光源テクノロジーをより適切に選択して適用し、さまざまな分野のニーズを満たすことができます。

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