Kuo skiriasi lazeriniai diodai ir fotodiodai

Lazeriniai diodai (LD) ir fotodiodai (PD) yra dažniausiai naudojami įrenginiai šiuolaikinėje optoelektronikoje. Nors jie abu yra pagrįsti diodų struktūromis, jų principai ir pritaikymas labai skiriasi.
Pirmiausia išanalizuokime lazerinį diodą (LD). Lazerinis diodas yra aktyvus lazeris, galintis paversti elektros energiją į lazerio spinduliuotę. Jo struktūra panaši į tipinį PN jungties diodą, susidedantį iš PN jungties ir lazerinės medžiagos. Lazerinių medžiagų PN sandūroje elektronai sužadinami didelės energijos būsenose, taikant išorinę įtampą, o kai šie elektronai pereina iš didelės energijos būsenų į mažos energijos būsenas, jie sukuria lazerio spinduliuotę. Lazeriniai diodai yra plačiai naudojami tokiose srityse kaip ryšys, lazerinis spausdinimas ir optinė saugykla dėl savo mažo dydžio, mažos galios, didelio efektyvumo ir kelių bangos ilgių parinkčių.
Lazerinis diodas yra puslaidininkinis įtaisas, kurio šerdį sudaro kelios heterosandūros, sudarytos iš kelių skirtingų medžiagų, įskaitant n-tipo sluoksnį, ap-tipo sluoksnį ir aktyvųjį sluoksnį. PN sandūra tarp n-tipo sluoksnio ir p-tipo sluoksnio vaidina svarbų vaidmenį fotoelektrinėje konversijoje, o šios sankryžos įtampos ir srovės charakteristikos lemia, ar lazerinis diodas veikia tinkamai. Aktyvusis sluoksnis yra esminis lazerinio diodo komponentas, o jo medžiaga lemia lazerio diodo emisijos bangos ilgį. Pavyzdžiui, įprasti infraraudonųjų spindulių lazeriniai diodai naudoja GaAs medžiagą, o matomos šviesos lazeriniai diodai naudoja InGaP medžiagą.

Lazerinių diodų darbo procesas daugiausia apima įpurškimą, stiprinimą ir grįžtamąjį ryšį. Kai į PN sandūrą įvedama tiesioginė įtampa, į aktyvųjį sluoksnį įpurškiami nešikliai, todėl žymiai padidėja sluoksnio nešiklio tankis ir sužadinama lazerio spinduliuotė. PN jungties viduje lazerinio diodo konstrukcija sukuria šviesos bangos atspindžio efektą, kai lazeris atsispindės ir toliau sklis aktyviajame sluoksnyje, taip pasiekdamas stiprinimą. Dalis lazerio diodo šviesos bangų gali būti išvedamos per išvesties langą, kad susidarytų lazerio spindulys.
Priešingai, fotodiodai (PD) yra pasyvūs įtaisai, pirmiausia naudojami fotoelektrinei konversijai, paverčiant šviesos energiją į elektros energiją. PD struktūra iš esmės yra panaši į lazerinių diodų, kurie taip pat sudaryti iš PN struktūros, tačiau be lazerinių medžiagų. PD grandinėje atlieka srovės šaltinio vaidmenį, toliau apdorodamas fotoelektriniais konvertuotą srovės signalą per išorines grandines, kad būtų galima aptikti ir išmatuoti fotoelektrinius signalus. Dažniausiai naudojamos PD medžiagos yra silicis (Si), germanis (Ge) ir kompozicinės medžiagos, kurių darbinis bangos ilgis yra nuo matomos šviesos iki infraraudonųjų spindulių.
PD veikimo principas yra paprastas ir intuityvus. Kai šviesa apšvitinama PN sandūroje, fotonų energija sužadina nešiklius PN jungties viduje. Tam tikrų tipų struktūrose fotonai gali sužadinti elektronus iš valentinės juostos į laidumo juostą, sudarydami srovę. Fotodiodo generuojama srovė yra tiesiogiai proporcinga krintančios šviesos, kuri gali atspindėti šviesos intensyvumą, intensyvumui.
Lazeriniai diodai ir fotodiodai dėl skirtingų principų ir struktūrų skiriasi. Lazeriniai diodai daugiausia naudojami tokiose srityse kaip optinis ryšys, lazerinis spausdinimas ir optinė saugykla. Dėl mažo dydžio, didelio efektyvumo ir kelių pasirenkamų bangos ilgių jie yra svarbūs optinio ryšio komponentai. Fotodiodai daugiausia naudojami tokiose srityse kaip fotoelektrinis aptikimas, šviesos matavimas ir automatinis šviesos valdymas, vaidina svarbų vaidmenį matuojant šviesos intensyvumą, fotoelektrinę konversiją ir šviesos informacijos perdavimą.
Apibendrinant galima teigti, kad nors tiek lazeriniai, tiek fotodiodai yra pagrįsti diodų struktūromis, jų principai ir pritaikymas labai skiriasi. LD yra aktyvus lazeris, paverčiantis elektros energiją į lazerio energiją, o PD yra pasyvus įrenginys, paverčiantis šviesos energiją į elektros energiją. Abi yra plačiai taikomos tokiose srityse kaip optinis ryšys ir optinis matavimas.