LED 與半導體雷射的差異:發光機制、光的性質、用途比較
LED 與半導體雷射都是對 PN 接面施加順向電流,在電子與電洞復合時發光。LED 的光來自自發放射,波長範圍寬,並朝各個方向發散。半導體雷射具有讓光來回反射的共振腔,以受激放射放大光,因此能得到波長與相位一致、直線前進的強光。照明與顯示使用 LED,光通訊、光碟與感測則使用雷射。
| 項目 | LED | 半導體雷射 |
|---|---|---|
| 發光機制 | 自發放射。電子與電洞各自在隨機的時間點復合而發光 | 受激放射。光會進一步產生相同波長、相位與方向的光而被放大 |
| 光學共振腔 | 無 | 有。在劈裂的端面(邊射型)或多層膜反射鏡(VCSEL)之間讓光來回反射 |
| 波長範圍(光譜寬度) | 寬(約數十 nm) | 窄(可達 1 nm 以下。DFB 雷射以單一波長振盪) |
| 光的發散 | 以大角度發散 | 小。可以聚成細光束,或傳送到遠處 |
| 相位一致的程度(同調性) | 低 | 高 |
| 電流與光輸出 | 通電後立即發光,亮度大致與電流成正比 | 超過臨界電流後開始振盪,光輸出急遽增加。低於臨界值時只有微弱的自發放射光 |
| 調變速度 | 較慢 | 快。光通訊用的產品中,也有以電流直接調變、傳送數十 Gb/s 訊號的 |
| 溫度的影響 | 溫度升高時發光效率下降 | 溫度升高時臨界電流增加,波長也會偏移,因此有時會使用溫度控制 |
| 使用的難易度 | 驅動電路簡單,壽命長 | 多半需要讓光輸出保持一定的控制。強光對眼睛有危險,因此有雷射的安全標準(分級) |
| 主要用途 | 照明、顯示器的背光、指示燈、遙控器 | 光纖通訊、光碟、雷射印表機、LiDAR、臉部辨識的感測器、雷射加工 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。