半導體激光器和發(fā)光二極管有什么不同？

半導體激光器和二極管有什么異同點一直受到關注，松盛光電來給大家介紹分享，半導體激光器和發(fā)光二極管在原理、結(jié)構(gòu)、性能和應用等方面存在諸多不同，來了解一下吧。

工作原理

半導體激光器：基于受激輻射原理。當半導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，通過諧振腔的反饋作用，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。在半導體 PN 結(jié)中，當給 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)域擴散，在擴散過程中，電子與空穴復合，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)是隨機的，不具有激光的相干性。

結(jié)構(gòu)設計

半導體激光器：通常具有更復雜的結(jié)構(gòu)。它一般包含有源區(qū)、限制層、波導層等多層結(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)，波導層則引導光在器件內(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 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結(jié)構(gòu)，用于改變出射光的角度和分布。

性能特點

輸出功率與亮度：半導體激光器能夠產(chǎn)生較高的輸出功率和亮度，特別是在一些高功率應用中，如激光加工、激光通信等，其輸出功率可以達到數(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，亮度也比半導體激光器低很多，但在一些照明應用中已經(jīng)能夠滿足需求。

光束質(zhì)量：半導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、激光測距等領域具有獨特的優(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域，通過光學設計可以對其進行優(yōu)化。

光譜特性：半導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用中，如激光通信、激光光譜學等非常重要。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體激光器，但在一些對顏色要求不高的照明和顯示應用中可以通過混合不同顏色的發(fā)光二極管來實現(xiàn)各種顏色的顯示。

應用領域

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

發(fā)光二極管：主要應用于照明領域，如家庭照明、汽車照明、路燈照明等;在顯示領域，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用，如植物生長照明、生物醫(yī)學檢測等，利用其不同波長的光對生物組織的影響來實現(xiàn)特定的功能。