定义:激光是由受激辐射产生的光放大。激光二极管发出单一波长的辐射，有时是一个窄带的紧密间隔的波长。
它由于受激发射而发光，在此过程中当入射光子撞击半导体原子时，能级较高的电子与能级较低的空穴重新结合。由于这两个光子被发射，一个入射光子和另一个由于电子和洞的重新组合而发射。
led的工作原理也是一样的，但主要的区别在于内部结构。激光二极管是由狭窄的通道形成的，它的作用是光的波导。但是led是由宽通道组成的。
由于它的结构，激光二极管发出单色光(单色)。激光二极管发出的光是单波长的，而led发出的光是宽波段的。因此，LED发出的光是不相干的。
激光二极管的结构
激光二极管由两层半导体组成，即p型和n型。半导体层由掺有硒、铝或硅等材料的砷化镓构成。其结构与LED相同，只是激光所用的通道较窄，只能产生一束光。
激光二极管的另一个不同之处在于，它还存在一个内在的GaAs层(未掺杂)。这一层叫做活动层。活动层被折射率较低的层所包围。它起着光学反射器的作用。
这些层与有源层一起形成了一个波导，使光只能在一个单一且固定的方向上在一个单一的路径上传播。光束是在这一段产生的。所述金属触点便于偏置。
激光二极管的工作
激光二极管的工作原理是，每个处于激发态的原子都可以发射光子，如果给处于更高能级的电子提供外部能量的话。
原子发射光能的基本现象有三种吸收,自发发射&受激发射。
吸收
在吸收过程中，当电子获得外部能量时，较低能级的电子跃迁到较高能级，即从价带跃迁到导带。能级较低的空穴，也就是价带能级较高的电子，也就是导带能级。
自发发射
现在，如果高能级的电子是不稳定的，那么它们会倾向于移动到低能级，以达到稳定。但是如果它们从高能级移动到低能级它们肯定会释放能量，也就是这两个能级之间的能量差。能量将以光的形式释放出来，因此光子将被发射出来。这个过程叫做自发发射。
受激发射
在受激发射中，光子以更高能级撞击电子，这些光子由外部光能源提供。当这些光子撞击电子时，电子获得能量，它们与空穴重新结合，释放出额外的光子。因此，一个入射光子刺激另一个光子释放。因此，这个过程被调用受激发射。
粒子数反转
能级上的电子密度是电子的居群，它多位于价带或低能带，少位于导带或高能带。如果电子的居群增加在高能态或高能态的寿命较长的情况下，受激辐射会增加。这种在更高能量水平上的人口增长被称为粒子数反转。
这是激光二极管的必要状态。居群反转越多，处于高亚稳态的电子越多，受激发射也越多。发射的光子与入射的光子处于同一相位。这些光子以单束光的形式传播，因此产生了相干性。
激光二极管的主要类别
激光二极管主要有两大类:注入激光二极管&光泵浦半导体激光二极管。
- 激光二极管注入:其工作原理与LED类似，不同之处在于LED是由宽通道的半导体组成，而激光二极管则是由窄通道组成。我们已经在激光二极管的构造中讨论过这一点。在这种情况下，光束在波导中传播，二极管本身充当一个波导。光束因反复受激发射而被放大。
- 光泵浦半导体激光器:在光泵浦激光器中，注入激光二极管起着外部泵浦的作用。III和V族半导体材料作为基础。放大是通过受激发射实现的。
它有几个优点，如防止由于电极结构引起的干扰。此外，它还提供了波长选择的优势。
激光二极管L-I特性
光能随激光电流的增加而增加，但与温度有关。从曲线上可以明显看出，当激光电流达到一定阈值后，光能增加。激光电流的这一阈值随温度呈指数增长。
因此，在较高的温度下，产生光能的激光电流的阈值也会增加。因此，有必要将激光二极管操作到激光电流的阈值，因为超过这个阈值就没有光能。为了有一个可靠的运行，需要确定激光电流的阈值。
激光二极管的V-I特性
激光二极管的正向电压一般在1.5 V左右。虽然正向电压取决于工作温度。根据下面的图表，可以了解二极管中电流随电压的变化。
激光二极管的优点
- 低功耗设备。
- 由于其制造和运行成本低，所以是经济的。
- 可长期使用。
- 由于它的体积小和内部结构可移植。
- 高可靠性和高效率。
激光二极管的缺点
- 它们依赖于温度，因此它的工作受到工作温度的变化的影响。
- 不适合大功率应用。
激光二极管的应用
- 光纤通信系统。
- 条形码阅读器。
- 激光打印和激光扫描。
- 测距仪。
- 在医疗领域的外科器械。
- 在CD播放机和DVD录音机。
这些是激光二极管的一些重要应用。在所有这些应用中，激光二极管最重要的应用领域是光纤通信系统。
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