¿Qué hace que un LED sea un diodo láser?

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La encuesta de alto nivel de esta pregunta está bien:

Después de leer https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode , todavía no puedo decir si los componentes electrónicos que permiten que un diodo dure son diferentes de los que le permiten emitir luz. Entonces, en general, ¿es un diodo láser un LED más algún tipo de resonador óptico o cavidad?

¿O los diodos láser en sí son electrónicamente distintos de los LED que no son láser, lo que significa que no se parecen a un LED más alguna estructura física adicional que les permita actuar como láser?

led components laser-diode

— pies mojados
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¿Sabes qué hace que la luz sea un láser?

— Eugene Sh.

Piénsalo. Los LED ya emiten colores de luz casi puros. Un LED 'láser' produce un color de luz ultra puro. ¿Se molestó en buscar el término "láser LED"?

— Sparky256

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@ Sparky256 - Sí, ese término está en mi historial de búsqueda. Gracias también por la sugerencia de que "lo pienso". ¡Fue tan útil que lo aplicaré a las preguntas que tenga en el futuro!

— Footwet

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@EugeneSh. - No, pero conozco las características de la luz láser.

— Footwet

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Todavía no puedo decir si los componentes electrónicos que permiten que un diodo dure son diferentes de los que le permiten emitir luz

No es la electrónica, es la cavidad óptica.

Si la señal óptica se retroalimenta a través del medio de ganancia (la unión PN) de modo que la pérdida de ida y vuelta no sea más que la ganancia de ida y vuelta, un "LED" comenzará a emitir un latido.

La cavidad de un diodo láser puede estar formada por facetas escindidas en la superficie del chip, reflectores Bragg estampados en el chip, o incluso lentes y / o espejos externos de algún tipo.

En general, un dispositivo diseñado como un diodo láser también incluirá una estructura de guía de onda en el chip (y se superpone a la unión) para facilitar una baja pérdida de ida y vuelta, mientras que un dispositivo diseñado para ser un LED no tendrá una estructura de guía de onda distinta, aunque hay También existe una cavidad resonante LED (RCLED)

— El fotón
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Interesante. No puedo decir por una búsqueda rápida qué distingue a los RCLED: ¿son esencialmente diodos láser operados por debajo del umbral de láser? ¿O producen algunas pero no todas las características de la luz láser?

— footwet

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Hay una categoría de LED de "alta eficiencia". Se pone plano y es redondo como una pequeña galleta Oreo, que emite luz desde todos los lados. Se sienta en un recipiente forrado de oro que refleja toda la luz a la lente. La lente determina la theta o ángulo de visión.

— Sparky256

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Además: los diodos láser, cuando se sobrecargan en un punto donde la estructura de la cavidad óptica está rota, ¡continúan funcionando como LED normales!

— rackandboneman

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@rackandboneman o, por supuesto, por debajo del umbral. Muchos baratos también envejecen sin sobrecargarse hasta que ya no duran más.

— Chris H

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Mi lectura limitada indica que los RCLED se distinguen en gran medida por su espectro de emisión mucho más estrecho en comparación con los LED normales, pero como soy un espectroscopista, tiendo a ver las cosas desde ese lado. Es interesante que no haya un artículo de Wikipedia en inglés, y el alemán es poco más que un trozo.

— Chris H

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LED: el voltaje en el diodo eleva los electrones libres a través del intervalo de banda a un nivel superior. Emiten luz cuando vuelven al nivel inferior. Debido a las reglas de la mecánica cuántica, cuando esto ocurre espontáneamente es aleatorio si no se toman otras medidas. Los grados de libertad en un LED permiten longitudes de onda variables (frecuencias) y un punto en el tiempo. Por lo tanto, los fotones emitidos son "incoherentes".

LÁSER: se eliminan los grados de libertad de los fotones. La cavidad óptica permite solo una (o muy pocas) longitudes de onda (factores de la longitud del resonador). Y los fotones previamente emitidos "que pasan" estimulan la emisión del nuevo fotón. Entonces, la mayoría de los fotones tienen la misma fase y frecuencia. Son "coherentes".

Aunque el LED ya tiene una variación muy pequeña de la longitud de onda, la óptica LASER reduce esa variación. El aspecto intuitivo contrario de un LASER proviene de la mecánica cuántica. Podría pensar que un fotón se emite espontáneamente y luego resonaría si tiene la longitud de onda correcta que se ajuste a la geometría del resonador. Pero debido a la mecánica cuántica, la geometría del LÁSER (diodo) hace que sea muy poco probable que un fotón se emita espontáneamente o en otra longitud de onda.

— Joaquín
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Mi confusión viene en su último párrafo: ¿Hay algo en la unión pn misma en un láser de diodo diferente? Es decir, ¿el estímulo subyacente para ambos diodos es una emisión espontánea de fotones, y en el láser la geometría construida alrededor de esa unión amplifica esas emisiones espontáneas de tal manera que la abrumadora mayoría de los fotones son emitidos por la estimulación? ¿O la unión misma en un diodo láser es diferente de una manera que limita el número y / o la longitud de onda de los fotones emitidos espontáneamente, incluso por debajo del umbral de láser ?

— Footwet

Al encender el diodo láser inicialmente, no hay fotones que puedan estimular la emisión. Entonces, al principio ocurren emisiones espontáneas. Luego estos van y vienen en la cavidad óptica y estimulan la emisión de más fotones y la emisión estimulada se vuelve rápidamente dominante.

— Joachim

Como una ocurrencia tardía: la emisión estimulada podría no volverse "dominante". Las emisiones espontáneas continuarán ocurriendo, pero el objetivo es tener un alto porcentaje de emisión estimulada porque eso define la eficiencia del diodo láser.

— Joachim

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Todavía no estoy claro sobre la aclaración solicitada en mi primer comentario: Parece que podría estar diciendo: "Sí, el núcleo de un diodo láser es (o puede ser) una unión pn como cualquier otro diodo emisor de luz, que funciona por emisión espontánea. Lo que hace que el diodo sea un láser son características de hardware adicionales (que llamamos cavidad óptica ) que permiten que esos fotones espontáneos estimulen más fotones ". ¿Está bien? ¿O es un diodo láser simplemente una cavidad óptica bombeada eléctricamente que produce algunos fotones espontáneamente y, por lo tanto, es fundamentalmente diferente del LED "común"?

— pies mojados

El láser funciona por emisión estimulada, no por emisión espontánea. Es posible que desee ver: learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_26.php

— Joachim

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Un láser de diodo es un LED en una cavidad óptica.

Los láseres de diodo son geniales porque "violan" algunas reglas del láser:

La ganancia de los semiconductores es tan grande que, aunque el radio de las facetas que crean la cavidad es realmente alto (es decir, esencialmente plano), aún perdura. (¡La ecuación láser predice que la ganancia infinita es necesaria para un par de superficies planas para lase)!
Hay una prueba de que se necesitan al menos tres niveles de energía para que un medio bombeado bombee, pero los láseres de semiconductores solo tienen dos (porque no están bombeados ópticamente, sino bombeados eléctricamente).

— usuario1512321
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En cuanto a # 2: ¿Sería correcto decir que los láseres de diodo son "ópticamente auto -pumped"? Si lo entiendo: las emisiones estimuladas son "estimuladas" por los fotones del propio LED, ¿verdad?

— footwet

¿Tienes algunas fuentes?

— Peter Mortensen

En lugar de bombearse ópticamente, se bombean eléctricamente. El "bombeo" es el proceso de levantar los electrones sobre el intervalo de banda desde el cual luego pueden caer y emitir fotones.

— Joachim

@Joachim Corregido para decir que están bombeados eléctricamente.

— user1512321

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@feetwet En todos los láseres debe haber emisión "estimulada"; Es decir, los fotones liberan fotones excitados. A lo que me refiero aquí es al "bombeo" del proceso de poner electrones en un estado excitado. Para que un láser dure, hay varias condiciones, una de ellas es que el medio de ganancia se bombea tanto que hay más electrones excitados que los electrones de estado inferior (inversión de población), de lo contrario, se absorberían más fotones poniendo electrones en estados más altos que estimulando la salida de más fotones.

— user1512321

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Para que un LED se considere un LED "láser", su diseño debe ser tal que una cierta cantidad de la luz que produce se refleje sobre sí mismo, por medios ópticos (o eléctricos), de modo que se cree nuevamente (mediante estimulación) ) los fotones están "en sintonía" con los anteriores, creando así un haz coherente de fotones.
Cumplir con el S timulated E misión de R requisito adiation, es lo que hace que sea un láser !

— Guill
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