Wiki Sumber Cahaya Optik: Pengenalan Komprehensif LED vs Diod Laser

Kami tahu bahawa keseluruhan sistem gentian optik asas terdiri daripada pemancar, gentian optik dan penerima dalam sistem gentian optik. Dalam kebanyakan aplikasi praktikal, pemancar dan penerima disepadukan ke dalam satu peranti yang dikenali sebagai modul transceiver optik. Artikel ini akan memperkenalkan komponen optik penting dalam pemancar: sumber cahaya gentian optik, termasuk halogen, LED dan laser. 

Sumber cahaya optik boleh dimodulasi melalui litar pemacu mengikut isyarat yang hendak dihantar. Dalam ujian rangkaian gentian optik, sumber cahaya optik juga diperlukan untuk mengukur kehilangan gentian optik dalam pautan gentian optik. Adakah anda tahu perbezaan antara Laser diode vs LED? Dalam artikel ini, kami akan memperkenalkan dua jenis sumber cahaya semikonduktor: LED berbanding laser secara terperinci.

Rajah 1: LED vs. VCSEL vs. Laser

Apakah Prinsip Kerja Sumber Cahaya Optik?

Prinsip kerja sumber cahaya optik LED dan laser adalah memancarkan pancaran cahaya mikroskopik ke dalam gentian optik. Sumber optik boleh dihidupkan dan dimatikan berjuta-juta atau bahkan berbilion kali setiap saat semasa isyarat optik dihantar. Hanya apabila kedua-dua sumber cahaya optik dihidupkan dan dimatikan dengan tepat serta pantas, barulah isyarat optik dapat dihantar dengan betul.

Apakah Sumber Cahaya Optik LED?

LED boleh digunakan sebagai sumber cahaya optik dalam banyak bidang penting. Prinsip pencahayaannya ialah elektroluminesens. Fenomena ini bermaksud apabila elektron dan lubang bergabung semula pada simpang, simpang P-N pincang ke hadapan akan memancarkan sumber optik. 

Rajah 2: Prinsip kerja LED

Di dalam LED gentian optik, jalur pengaliran dan jalur valens digunakan. Apabila elektron pada tahap tenaga yang lebih tinggi melompat ke jalur valens yang mengandungi lohong dalam jalur penghasilan, elektron tersebut akan membebaskan tenaga, yang boleh berupa tenaga cahaya atau tenaga haba.

Penggabungan semula pembawa cas akan menghasilkan tindak balas eksotermik atau tindak balas endotermik. Tindak balas eksotermik berlaku apabila elektron aras tinggi yang disebutkan di atas berpindah ke jalur valens aras rendah dan bergabung dengan lohong. Pada masa yang sama, penggabungan semula hanya berlaku apabila tenaga kedua-dua elektron yang hendak bergabung adalah serupa.

Melalui kajian sains bahan, sesetengah semikonduktor akan membebaskan tenaga dengan memancarkan haba, termasuk Germanium dan Silikon, manakala sesetengah semikonduktor lain akan membebaskan tenaga dengan memancarkan cahaya, terutamanya GaAsP (Gallium Arsenide Phosphide) dan GaP (Gallium Phosphide). Oleh itu, GaAsP dan GaP paling sesuai untuk menghasilkan peranti LED

Kemunculan sumber cahaya gentian optik LED telah membawa banyak manfaat, seperti masa tindak balas pantas selama 0.1 mikrosaat, pancaran sinaran panjang gelombang sempit yang boleh dilihat, dan kecekapan penukaran cahaya yang tinggi. Kelebihan ketara ini menjadikannya peranti sumber cahaya optik yang sangat baik.

Apakah Sumber Cahaya Optik Laser?

Prinsip kerja laser ialah pancaran terangsang. Oleh itu, orang ramai juga menyebutnya sebagai penguatan optik pancaran terangsang. Pancaran terangsang berlaku apabila foton berlanggar dengan atom, lalu menghasilkan foton yang serupa

Rajah 3: Sumber Cahaya Optik Laser

Apabila elektron dibekalkan dengan tahap tenaga elektrik yang lebih rendah, elektron akan berpindah dari jalur valens ke jalur pengaliran dan menyerap tenaga tambahan yang dibekalkan kepadanya pada masa yang sama, yang dipanggil penyerapan.

Rajah 4: Prinsip Kerja Laser

Apabila elektron berada pada aras yang lebih tinggi, elektron tersebut akan menjadi tidak stabil. Untuk menjadikannya stabil, elektron tersebut akan memancarkan sejumlah tenaga, yang mungkin berupa tenaga cahaya atau tenaga haba. Apabila memancarkan tenaga cahaya, elektron tersebut akan memancarkannya dalam bentuk foton. Kami memanggil proses ini sebagai pancaran spontan.

Jadi, apakah pancaran terangsang? Apabila foton memberi impak kepada elektron, elektron ini memperoleh tenaga yang tinggi akibat impak foton yang membawa lebih banyak tenaga, menyebabkan elektron menjadi tidak stabil. Pada masa yang sama, elektron akan bergerak ke keadaan tenaga yang lebih rendah dan memancarkan foton lain bersama-sama foton tuju. Kami memanggil proses ini ​pancaran terangsang.

Proses pancaran terangsang berlaku sepenuhnya dalam diod laser, dan foton yang serupa dengan foton tuju bertumpu lalu dipancarkan menjadi pancaran cahaya. Foton yang dipancarkan ini akan membebaskan lebih banyak foton yang serupa dengan foton tuju, maka pancaran cahaya yang dijana oleh sumber cahaya optik laser adalah koheren dan monokromatik.

Apakah Perbezaan antara LED dan Laser

Perbezaan utama antara LED dan laser ialah warna pancaran cahaya; LED boleh mempunyai pelbagai warna, manakala laser hanya boleh menghasilkan pancaran cahaya satu warna. Prinsip kerja LED ialah elektroluminesens, manakala prinsip kerja laser ialah pancaran teraruh. Selain itu, LED mewakili sumber cahaya standard, singkatan bagi diod pemancar cahaya, manakala sumber cahaya laser biasanya digunakan dalam situasi khas. Sumber cahaya laser mempunyai kelajuan operasi yang lebih pantas, kehilangan penghantaran optik yang lebih rendah dan BER (nisbah ralat bit) yang lebih rendah. Inilah manfaat sumber cahaya laser, dan harganya lebih mahal berbanding sumber cahaya optik LED.

Apakah VCSEL?

VCSEL ialah singkatan bagi laser pemancar permukaan rongga menegak, yang terdiri daripada dua Distributed Bragg Reflectors (DBR) berdop bertentangan dengan lapisan rongga. Laser VCSEL telah menjadi sumber laser rangkaian berkelajuan tinggi yang popular di pasaran. Kelebihan kos rendah dan lebar jalur tinggi menjadikannya penyelesaian ideal untuk rangkaian gentian optik gigabit. Selain penggunaannya dalam sumber cahaya gentian optik, ia juga digunakan dalam penghantaran isyarat jalur lebar analog, spektroskopi penyerapan (TDLAS) dan pencetak laser.

Kesimpulan

Siaran ini memperkenalkan dua jenis sumber cahaya optik — diod laser berbanding LED, dan memfokuskan pada prinsip kerja setiap satunya. Satu perkara yang perlu diberi perhatian ialah panjang gelombang yang dipancarkan oleh kedua-dua LED dan Laser berada dalam julat berterusan dan bukannya satu panjang gelombang tunggal. QSFPTEK menawarkan aksesori yang digunakan bersama sumber optik, seperti transceiver gentian optik. Ketahui lebih lanjut tentang produk QSFPTEK dengan perkhidmatan pelanggan melalui [email protected].