Quelle est la différence entre une diode LED et une diode laser?

Le laser (appelé aussi diode laser ou en anglais Laser Diode – LD) et la LED (diode électroluminescente ou en anglais Light-Emitting Diode) ont des caractéristiques différentes dans la façon dont ils émettent de la lumière. Alors qu’un LASER émet une lumière convergente, la sortie d’une LED est très divergente. La largeur spectrale est définie comme la largeur de la puissance optique 3dB et est mesurée en nanomètres (nm) ou en microns.

La largeur spectrale d’une LED est supérieure à celle d’une LD (diode laser). Une plus grande largeur spectrale permet une plus grande bande passante de liaison. Pour une LED, la largeur spectrale est d’environ 80 nm lorsqu’elle fonctionne à 1310 nm et de 40 nm à 850 nm. La largeur spectrale d’un LD est de 3nm pour fonctionner à 1310nm et de 1nm à 850nm.

Les LED et les lasers émettent des photons pour produire de la lumière. La lumière des LED est plus dispersée et multidirectionnelle, tandis que la lumière des lasers est très focalisée. Les lasers sont utilisés dans l’optique et l’électronique, tandis que les LED sont utilisées pour l’éclairage.

Comment la diode LED émet-elle de la lumière?

La LED, ou diode électroluminescente, est une diode à jonction qui contrôle la quantité d’électricité qui la traverse. Une LED est constituée de composés semi-conducteurs qui contiennent du gallium et d’autres matériaux pour produire de l’énergie lumineuse de différentes couleurs.

Les LED bleues et vertes sont produites par des composés de gallium, d’indium et de nitrate. Au lieu de cela, les LED rouges sont produites par des composés de gallium, d’aluminium et de phosphate.

Au cœur de la diode se trouve une jonction pn (anode-cathode ), qui contient des trous. Grâce à ces trous, les électrons sautent à travers la jonction, de p(positif) à n(négatif). Dans ce processus de recombinaison des trous et des électrons, ces derniers changent d’état.

L’énergie supplémentaire libérée lorsque les électrons changent d’état provoque l’émission de photons. Ces photons interagissent avec les autres matériaux utilisés dans la LED et le courant qui la traverse pour émettre de la lumière visible.

Cette propriété est appelée électroluminescence. Et c’est la définition de la technologie LED en termes simples.

Une autre chose à garder à l’esprit est qu’une fois à travers la jonction, les électrons à des niveaux d’énergie plus élevés aiment revenir à leur état d’origine. Par conséquent, la «réabsorption» des électrons à la jonction peut se produire dans le mauvais sens.

Cette réabsorption conduit à une inefficacité énergétique, ce qui signifie que moins d’énergie électrique est convertie en énergie lumineuse.

Malgré cela, les LED ont un haut niveau d’efficacité, convertissant environ 90% de l’énergie en lumière.

Comment fonctionne la diode laser?

Les lasers sont un phénomène très intéressant et extraordinairement efficace dans leur conception et leur ingénierie. Le mot laser signifie en anglais Light A mplification by S timulated E mission of R adiation. Ici aussi, le courant traverse les composés de gallium au niveau de la jonction pn.

Mais dans le cas des lasers, les émissions de photons sont stimulées pour créer une boucle de rétroaction. Tous les photons sont en phase les uns avec les autres et ont la même longueur d’onde, c’est-à-dire monochromatique.

Essentiellement, un faisceau de photons est responsable du remplissage progressif d’une chambre d’un cylindre miroir.

Cette surface miroir réfléchit les photons vers les atomes à l’intérieur de la chambre, excitant leurs électrons. Ces électrons dans un état excité veulent libérer l’énergie supplémentaire, qui se présente à nouveau sous la forme d’un photon.

Ce photon nouvellement libéré est ajouté au faisceau de photons à l’intérieur de la chambre, amplifiant le processus de réflexion et d’excitation.

Une fois que suffisamment de photons sont libérés, une cavité d’échappement de lumière permet d’émettre un faisceau de lumière laser étroit, brillant et focalisé.

Cette efficacité permet à un laser de chauffer considérablement. La puissance de sortie d’une diode laser est comprise entre 1 et 500 mW (milliwatts), selon la classe de sécurité. Un pointeur laser standard de classe 2 produit environ 1 mW. Alors qu’un laser de classe 3B haute puissance nécessite un équipement de protection oculaire car il produit 500 mW.

En raison de cette haute précision énergétique, les lasers sont utilisés dans:

• Travaux commerciaux, tels que la taille de diamants ou de métaux
• Pour la chirurgie oculaire délicate au LASIK
• Ils transportent des signaux sur de longues distances et sont donc utilisés pour les télécommunications.
• trouvé dans les imprimantes laser
• en fibre optique
• Etc

Caractéristiques de la diode LED et du laser

Bien que les LED et les lasers utilisent des jonctions pn et du courant pour émettre des photons et produire de la lumière visible, ils diffèrent sur certains points fondamentaux.

Dans le tableau suivant, j’ai résumé leurs principales différences:

Avantages et inconvénients des diodes laser et des LED?

Étant donné que le fonctionnement et l’application des lasers et des LED sont très différents, leurs avantages et leurs inconvénients le sont également.

Jetons un coup d’œil à certains de ces avantages et inconvénients des deux technologies d’éclairage.

• Les LED sont beaucoup moins chères à produire et à entretenir, c’est pourquoi elles sont utilisées dans les environnements commerciaux et domestiques de tous les jours.
• Les lasers, en revanche, sont plus coûteux à entretenir et à exploiter.
• Les LED commencent à émettre de la lumière à seulement 50 mA environ.
• Les lasers nécessitent un courant plus élevé pour maintenir l’état de haute énergie des électrons. Le courant doit être supérieur au seuil minimum de 40 mA.
• La puissance de sortie élevée des lasers peut éroder l’équipement de précision qui émet le faisceau lumineux, rendant leur application très spécifique, comme dans le cas de la fibre optique.
• Les LED émettent une lumière diffusée, donc si une LED brille sur un carré de 1 mm, un laser ne peut briller que sur un carré de 10 microns.
• Les LED ont également une durée de vie plus longue entre les deux. Mais alors que les lasers ont un niveau d’efficacité énergétique beaucoup plus élevé, ils sont encore loin d’être utilisés comme moyen d’éclairage. Du moins pas avant quelques années.