Il diodo fotoemissivo, comunemente noto come LED IR (Light Emitting Diode Infrared), è un componente elettronico che emette radiazioni infrarosse quando è attraversato da una corrente elettrica. La tecnologia dei LED IR è diventata sempre più rilevante nel campo dell'elettronica, trovando applicazione in una vasta gamma di dispositivi e sistemi. La popolarità di questi diodi è attribuibile alla loro efficienza energetica, alle dimensioni compatte e alla capacità di operare in condizioni ambientali avverse.

Un LED IR è un tipo di diodo a emissione di luce costruito in modo simile a un diodo standard, ma con materiali semiconduttori specifici che consentono l'emissione di radiazioni nella gamma infrarossa dello spettro elettromagnetico. A differenza dei LED visibili, che emettono luce che può essere percepita dall'occhio umano, i LED IR emettono radiazioni con lunghezze d'onda superiori a 700 nm, rendendoli invisibili. Questi diodi operano grazie al principio della ricombinazione degli elettroni e dei buchi: quando una corrente elettrica attraversa il diodo, gli elettroni si ricombinano con i buchi, liberando energia sotto forma di fotoni.

La costruzione di un LED IR prevede l'uso di un materiale semiconduttore, tipicamente gallio arsenico (GaAs) o gallio fosfuro (GaP), che consente l'emissione di fotoni nella gamma infrarossa. La progettazione del diodo include una giunzione p-n, in cui i semiconduttori di tipo p e n si incontrano creando un campo elettrico che facilita il movimento degli elettroni. Quando il diodo è polarizzato in direzione diretta (cioè quando viene applicata una tensione positiva al terminale anodo rispetto al catodo), gli elettroni si muovono attraverso la giunzione e si ricombinano con i buchi, dando origine all'emissione di luce infrarossa.

I LED IR sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni, tra cui la comunicazione a infrarossi, i sensori di movimento, i telecomandi e le tecnologie di rilevamento. Uno degli utilizzi più comuni è nei telecomandi per televisioni e altri dispositivi elettronici, dove il LED IR emette un segnale che viene ricevuto da un fotodiodo nel dispositivo da controllare. Questa tecnologia consente il controllo remoto di apparecchiature elettroniche, rendendo la vita quotidiana più comoda.

Un altro esempio significativo di utilizzo dei LED IR è nei sistemi di sicurezza e sorveglianza. Molti sistemi di allerta e rilevamento di movimento utilizzano LED IR per monitorare aree specifiche. I sensori di movimento a infrarossi passivi (PIR) rilevano le variazioni di calore emesse dagli oggetti in movimento, come le persone o gli animali, attivando allarmi o telecamere di sicurezza. Questi sistemi sono particolarmente efficaci in condizioni di scarsa illuminazione, dove la luce visibile è limitata ma le radiazioni infrarosse possono comunque essere rilevate.

In campo industriale, i LED IR sono utilizzati per il rilevamento di oggetti e il monitoraggio delle linee di produzione. Ad esempio, nei sistemi di automazione industriale, i sensori a infrarossi possono rilevare la presenza di oggetti su un nastro trasportatore, consentendo il corretto funzionamento delle macchine e l'ottimizzazione dei processi produttivi. Inoltre, l'uso di LED IR in sistemi di comunicazione ottica a infrarossi permette la trasmissione di dati su brevi distanze senza l'uso di cavi, offrendo soluzioni flessibili e a basso costo.

Un'altra applicazione interessante dei LED IR è nel campo della medicina. I LED a infrarossi sono utilizzati in dispositivi di terapia fotodinamica e per la diagnosi di condizioni mediche. Ad esempio, i LED IR possono essere impiegati per stimolare la circolazione sanguigna e favorire la guarigione di tessuti danneggiati. Inoltre, i dispositivi di imaging a infrarossi sono utilizzati per eseguire diagnosi non invasive, come la rilevazione di anomalie nei tessuti.

Per quanto riguarda le formule, è importante considerare il concetto di efficienza quantica nel contesto dei LED. L'efficienza quantica di un LED è definita come il rapporto tra il numero di fotoni emessi e il numero di elettroni che passano attraverso la giunzione. Questa efficienza può essere calcolata utilizzando la seguente formula:

η = (Φ / I) * (e / q)

Dove:
- η è l'efficienza quantica,
- Φ è il flusso di fotoni emessi,
- I è la corrente in ampere,
- e è la carica elementare (circa 1.6 x 10^-19 coulomb),
- q è il numero di elettroni.

Questa formula fornisce un'indicazione della capacità di un LED di convertire l'energia elettrica in energia luminosa e aiuta a comprendere le prestazioni complessive del dispositivo.

Lo sviluppo dei LED IR è stato influenzato da numerosi ricercatori e aziende nel corso degli anni. I primi LED sono stati sviluppati negli anni '60 da Nick Holonyak Jr., che ha creato il primo LED visibile. Tuttavia, la tecnologia per la produzione di LED IR ha fatto progressi significativi grazie al lavoro di scienziati e ingegneri in vari settori. Aziende come Philips, Osram e Cree hanno investito ingenti risorse nella ricerca e nello sviluppo di LED a infrarossi, contribuendo a migliorare l'efficienza, la durata e l'affidabilità di questi dispositivi.

Inoltre, l'interesse crescente per l'Internet delle cose (IoT) ha stimolato ulteriormente la ricerca e lo sviluppo di LED IR. Con l'aumento della domanda di dispositivi connessi e intelligenti, i LED IR sono diventati componenti chiave in molte applicazioni, contribuendo a una maggiore interazione tra i dispositivi e gli utenti.

In sintesi, i LED IR rappresentano una tecnologia fondamentale nel panorama elettronico contemporaneo. La loro capacità di emettere radiazioni infrarosse ha aperto la strada a innumerevoli applicazioni in vari settori, dalla comunicazione alla sicurezza, dall'industria alla medicina. Con il continuo progresso tecnologico e la crescente domanda di soluzioni innovative, è probabile che i LED IR continueranno a giocare un ruolo cruciale nel futuro dell'elettronica.