1. 基本结构与材料

激光二极管是一种将电能直接转换为激光的半导体器件，其核心工作原理基于受激辐射与光学谐振腔的反馈放大机制。

激光二极管由 P 型半导体与 N 型半导体组成的 PN 结构构成，中间为有源层（发光层），两端镀有反射镜面（一端全反射、一端部分透射）形成谐振腔。

2. 发光与受激辐射

• 电子–空穴复合： 在正向偏置下，电子从 N 区注入 P 区，并在有源层与空穴复合，释放光子。
• 受激放大： 释放的光子在谐振腔内多次反射，触发更多电子跃迁，产生同频率、同相位的相干光（类似雪崩效应）。
• 阈值条件： 电流需超过阈值才会形成激光；低于阈值时行为与一般 LED 发光相同。

3. 光学谐振腔的作用

两端反射镜面提供反馈放大，增强光子强度，并确保输出激光具备高度单色性与方向性。谐振腔的长度会决定输出激光的波长。

• 通信领域： 光纤通信、光模块、数据中心
• 工业加工： 激光切割、焊接、激光打标、雕刻、3D 打印
• 医疗与生物技术： 激光手术、医疗设备、生物检测
• 消费电子： 3D 感测、面部识别、激光显示与投影
• 安防与军事： 红外监控、LiDAR
• 科研与精密测量： 超窄带宽激光器