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）。LASER 是取 “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（基于受激发射的光放大）” 的首字母组成的缩写单词，通常简称为 LD。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。由于可产生波长及相位等性质完全一样的光，因此相干性高是其特点。下面我们将深入探讨其原理与结构。
工作原理
如图 1 所示，激光二极管中的 P - N 结由两个掺杂的砷化镓层形成。它具备两个平端结构，一端是高度反射面的镜像，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，电子会通过结而移动，并像普通二极管那样重新组合。当电子与空穴复合时，光子被释放出来。这些光子撞击原子，进而导致更多的光子被释放。随着正向偏置电流的增加，更多的电子进入耗尽区，从而使得更多的光子被发射。终，在耗尽区内随机漂移的一些光子垂直照射反射表面，从而沿着它们的原始路径反射回去。
反射的光子再次从结的另一端反射回来。光子从一端到另一端的这种运动连续多次。在光子运动过程中，由于雪崩效应，更多的原子会释放更多的光子。这种反射和产生越来越多的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，发射过程给出单一波长的激光束。为了产生一束激光，必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。低于阈值水平的电流会迫使二极管表现为 LED，发出非相干光。
简单来说，如图 2 所示，利用注入电流产生的光在 2 片镜片之间往返放大，直至激光振荡。因此，激光二极管也可以说成是一个通过反射镜将光放大的发光 LED。激光二极管的这种工作原理在光通信、激光打印、激光测距等众多领域都有着广泛的应用。例如在光通信中，它能够将电信号转化为光信号，实现高速的数据传输。
图 1 激光二极管原理图
图 2 激光二极管的发光示意图
内部结构
以当前市面上常见这种激光二极管实物为例，我们来了解一下激光二极管的大致构造情况。
由图 3 可见，激光二极管 LASER 内包括四个部分：部分是激光发射部分（可用 LD 表示），它的作用是发射激光；第二部分是光电二极管，是激光的接收反馈器（可用 PD 表示），它的作用是接收、监测 LD 发出的激光（当然，若不需监测 LD 的输出，PD 部分则可不用），此外这两个部分还要一个共用公共电极。因此，通常激光二极管有三个电极；第三部分是玻璃盖片做的镜头，其作用是防尘还有谐振腔的用途；第四部分是金属外壳，主要起到固定、屏蔽外界干扰信号和散热的作用。合理的内部结构设计保证了激光二极管能够稳定、高效地工作。
图 3 激光二极管内部结构图
