¿Cuál es la diferencia entre un diodo LED y un diodo láser?

El láser (también conocido como diodo láser o en inglés Laser Diode – LD) y los LED (diodo emisor de luz o en inglés Light-Emitting Diode) tienen diferentes características en la forma en que emiten la luz. Mientras que un LÁSER emite luz convergente, la salida de un LED es muy divergente. El ancho espectral se define como el ancho de la potencia óptica de 3dB y se mide en nanómetros (nm) o micrones.

El ancho espectral de un LED es mayor que el de un LD (diodo Láser). Un mayor ancho espectral permite un mayor ancho de banda de enlace. Para un LED el ancho espectral es de unos 80 nm cuando opera a 1310 nm y 40 nm a 850 nm. El ancho espectral de un LD es de 3 nm para operar a 1310 nm y de 1 nm a 850 nm.

Tanto los LEDs como los láseres emiten fotones para producir luz. La luz de los LED es más dispersa y multidireccional, mientras que la luz del láser es altamente enfocada. Los láseres se utilizan en óptica y electrónica, mientras que los LED se usan para iluminación.

¿Cómo emite luz el diodo LED?

El LED o diodo emisor de luz, es un diodo de unión que controla la cantidad de electricidad que fluye a través de él. Un LED está hecho de compuestos semiconductores que contienen galio y otros materiales para producir energía lumínica de diferentes colores.

Los LEDs azules y verdes son producidos por compuestos de galio, indio y nitrato. En cambio, los LED rojos son producidos por compuestos de galio, aluminio y fosfato.

En el corazón del diodo hay una unión p-n (Ánodo-Cátodo), que contiene agujeros. Gracias a estos agujeros, los electrones saltan a través de la unión, de p(positivo) a n(negativo). En este proceso de recombinación de agujeros y electrones, estos últimos, cambian su estado.

La energía extra liberada cuando los electrones cambian de estado hace que se emitan fotones. Estos fotones interactúan con los otros materiales utilizados en el LED y la corriente que lo atraviesa para emitir luz visible.

Esta propiedad se llama electroluminiscencia. Y esta es la definición de tecnología LED en palabras simples.

Otra cosa que hay que tener en cuenta es que, una vez atravesada la unión, a los electrones de niveles de energía más altos les gusta volver a su estado original. Por lo tanto, la “reabsorción” de los electrones en la unión puede ocurrir en la dirección equivocada.

Esta reabsorción lleva a la ineficiencia energética, lo que significa que menos energía eléctrica se convierte en energía lumínica.

A pesar de eso, los LEDs tienen un alto nivel de eficiencia convirtiendo cerca del 90% de la energía en luz.

¿Cómo funciona el diodo láser?

Los láseres son un fenómeno muy interesante y extraordinariamente eficiente en su diseño e ingeniería. La palabra láser significa en inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Aquí también, la corriente pasa a través de los compuestos de galio en la unión p-n.

Pero en el caso de los láseres, las emisiones de fotones están estimuladas para crear un bucle de retroalimentación. Todos los fotones están en fase entre sí y tienen la misma longitud de onda, es decir, monocromáticos.

Esencialmente, un haz de fotones es responsable de llenar gradualmente una cámara de un cilindro espejado.

Esta superficie espejada refleja los fotones de vuelta a los átomos dentro de la cámara, excitando sus electrones. Estos electrones en un estado excitado quieren liberar la energía extra, que de nuevo es en forma de un fotón.

Este fotón recién liberado se añade al haz de fotones dentro de la cámara, amplificando el proceso de reflexión y excitación.

Una vez que se liberan suficientes fotones, una cavidad de escape de luz permite que se emita un rayo de luz láser estrecho, brillante y enfocado.

Cómo funciona un diodo láser
Principio de funcionamiento del láser

Esta eficiencia permite que un láser se caliente significativamente. La potencia de salida de un diodo láser es de entre 1 y 500 mW (milivatios), dependiendo de la clase de seguridad. Un puntero láser estándar de clase 2 produce alrededor de 1 mW. Mientras que un láser de alta potencia de clase 3B necesita un equipo de protección ocular ya que produce 500 mW.

Debido a esta precisión de alta energía, los láseres se utilizan en:

  • Trabajos comerciales, como el corte de diamantes o metales
  • Para la delicada cirugía ocular LASIK
  • Llevan las señales a largas distancias y por eso se utilizan para la telecomunicación
  • Se encuentran en las impresoras láser
  • En la fibra óptica
  • Etc

Características del diodo LED y del láser

Mientras que tanto los LEDs como los Láseres usan uniones p-n y corriente para emitir fotones y producir luz visible, difieren en algunos aspectos fundamentales.

En la siguiente tabla he resumido sus diferencias principales:

Especificaciones

LED

Láser

Principio de funcionamiento

Electroluminiscencia

Emisión estimulada

Eficiencia eléctrica a óptica

10 - 20%

Hasta el 70%

Espectro de longitud de onda

Ancho, 25 to 100 nm
(10 to 50 THz)

Estrecho, <10-5 to 5 nm
(<1 MHz to 2 MHz)

Coherencia

Longitudes de onda coherentes en fase

Dispersión incoherente de la luz

Croma

Policromático, tiene múltiples bandas de longitudes de onda

Monocromático, tiene una sola longitud de onda de color

Direccionalidad

No direccional

Altamente direccional

Potencia de salida

Baja potencia, la salida es proporcional a la corriente de entrada

Alta potencia de, de 1 mW a 500 mW, proporcional a la corriente por encima del umbral

Ventajas y desventajas de los diodos láser y los LED?

Dado que el funcionamiento y la aplicación de los láseres y los LED son muy diferentes, también lo son sus ventajas y desventajas.

Echemos un vistazo a algunas de estas ventajas y desventajas de ambas tecnologías de la luz.

  • Los LEDs son mucho más baratos de producir y mantener, por eso se utilizan en los ambientes comerciales y domésticos cotidianos.
  • Los láseres, por otro lado, son más caros de mantener y operar.
  • Los LEDs empiezan a emitir luz a sólo unos 50 mA.
  • Los láseres requieren una corriente más alta para mantener el estado de alta energía de los electrones. La corriente tiene que estar por encima del umbral mínimo de 40 mA.
  • La alta potencia de salida de los láseres puede erosionar el equipo de precisión que emite el rayo de luz, haciendo que su aplicación sea muy específica, como en el caso de la fibra óptica.
  • Los LEDs emiten luz dispersa, así que si un LED brilla sobre un cuadrado de 1 mm, un láser puede brillar sobre sólo 10 micrones cuadrados.
  • Los LEDs también tienen una mayor vida útil entre los dos. Pero mientras que los láseres tienen un nivel de eficiencia de potencia mucho mayor, todavía están lejos de ser utilizados como medio de iluminación. Al menos no por unos pocos años más.
salida de luz de leds vs. láser
Salida de luz de leds vs. láser