激光二极管是上世纪 60 年代发明的一种光源半导体激光器，又称镭射管（Laser Diode），英文缩写 “LASER” 取自 “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（基于受激发射的光放大）”。它包括单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管等类型，其中量子阱激光二极管具有阈值电流低、输出功率高的优点，是市场应用的主流产品。激光二极管的特点是相干性高，可产生波长及相位等性质完全一样的光。下面我们将详细介绍其原理与结构。
激光二极管中的 P - N 结由两个掺杂的砷化镓层形成，它有两个平端结构，一端是高度反射面（平行于一端镜像），另一端是部分反射面。要发射的光的波长与连接处的长度密切相关。
当 P - N 结由外部电压源正向偏置时，电子会通过结移动，并像普通二极管那样重新组合。在电子与空穴复合的过程中，会释放出光子。这些光子撞击原子，促使更多的光子被释放出来。随着正向偏置电流的增加，更多的电子进入耗尽区，进而导致更多的光子被发射。
终，在耗尽区内随机漂移的一些光子会垂直照射反射表面，从而沿着它们的原始路径反射回去。反射的光子又会从结的另一端反射回来，光子在两端之间的这种往返运动将持续多次。在这个过程中，由于雪崩效应，更多的原子会释放出更多的光子。这种不断反射并产生越来越多光子的过程，会产生非常强烈的激光束。
在上述发射过程中产生的每个光子，在能级、相位关系和频率上都与其他光子相同，因此发射过程会产生单一波长的激光束。不过，要产生一束激光，必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。当电流低于阈值水平时，二极管会表现得像 LED 一样，发出非相干光。
简单来说，激光二极管利用注入电流产生的光在两片镜片之间往返放大，直至实现激光振荡。因此，也可以将其看作是一个通过反射镜将光放大的发光 LED。
以当前市面上常见的激光二极管实物为例，其大致构造包括以下四个部分：
- 激光发射部分（LD）：这是激光二极管的部分，其主要作用是发射激光。
- 光电二极管（PD）：作为激光的接收反馈器，它的作用是接收并监测 LD 发出的激光。当然，如果不需要监测 LD 的输出，PD 部分则可以省略。通常，这两个部分会共用一个公共电极，所以激光二极管一般有三个电极。
- 玻璃盖片镜头：该镜头不仅可以起到防尘的作用，还具有谐振腔的用途，有助于激光的产生和放大。
- 金属外壳：主要起到固定、屏蔽外界干扰信号和散热的作用，确保激光二极管能够稳定工作。
激光二极管在现代科技领域有着广泛的应用，如激光通信、激光测距、激光加工等。随着技术的不断发展，其性能和应用范围也在不断提升和拓展。
图 1 激光二极管原理图
图 2 激光二极管的发光示意图
