M6 Emissão de Luz (LED/Laser)

Tópico

A recombinação radiativa descrita por outro modelo deste conjunto faz com que o LED emita luz espontaneamente: cada elétron e lacuna que se recombina por meio dessa mesma recombinação radiativa, em vez de por recombinação SRH ou Auger, como descrito por esse outro modelo, emite, em um instante imprevisível e em uma direção aleatória, um único fóton cuja energia corresponde à banda proibida desse material semicondutor. O fato de essa recombinação radiativa dominar sobre a recombinação SRH e Auger dentro deste LED significa que, consequentemente, ele emite uma fração maior desses fótons espontâneos para cada par elétron-lacuna injetado nele.

Se esse mesmo material semicondutor, em vez disso, atingir uma inversão de população, com mais elétrons ocupando os estados de energia mais altos do que os estados de energia mais baixos disponíveis para recombinação radiativa, e também for confinado dentro de uma cavidade ressonante — um par de espelhos que refletem essa luz emitida repetidamente através do material semicondutor — ele produzirá, em vez de emissão espontânea, uma emissão estimulada coerente, que caracteriza um laser semicondutor: um fóton que já passou por essa cavidade ressonante estimula, ao passar perto de um elétron e um buraco que ainda não se recombinaram dentro dessa inversão de população, a emissão de um segundo fóton idêntico a ele, com a mesma energia, a mesma fase e a mesma direção, em vez de esperar que esse elétron e buraco se recombinem espontaneamente e de forma imprevisível. O fato de essa inversão de população dentro desse material semicondutor ser maior significa que essa emissão estimulada coerente, cada vez que um fóton passa por essa cavidade ressonante, produz consequentemente um número maior desses fótons idênticos adicionais.

Portanto, este modelo, com a emissão espontânea do LED e esta emissão estimulada coerente do laser com o qual foi desenvolvido, define, através do ganho óptico que esta mesma emissão estimulada coerente contribui a cada passagem por esta cavidade ressonante, a condição de limiar deste laser semicondutor: enquanto este ganho óptico permanecer abaixo das perdas ópticas desta cavidade ressonante, da transmissão através de seus próprios espelhos e da absorção dentro deste material semicondutor, esta emissão espontânea continua a dominar sobre esta emissão estimulada coerente, e nenhum feixe de luz coerente se acumula dentro desta cavidade ressonante; assim que este ganho óptico se igualar a essas mesmas perdas ópticas, nesta condição de limiar, esta emissão estimulada coerente assume o controle, e este laser semicondutor começa a emitir seu feixe de luz coerente característico. O fato de essa inversão de população dentro desse material semicondutor exceder exatamente o exigido por essa condição limite significa que o ganho óptico desse laser semicondutor supera essas mesmas perdas ópticas e que, consequentemente, esse laser semicondutor emite luz coerente.

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