El diodo láser es esencialmente un diodo semiconductor. Según si el material de unión PN es el mismo, el diodo láser se puede dividir en una homojunción, una sola heterojunción (SH), una doble heterojunción (DH) y un diodo láser de pozo cuántico (QW). Los diodos láser de pozos cuánticos tienen las ventajas de la corriente de bajo umbral y la alta potencia de salida, y son los productos principales en el mercado. En comparación con los láseres, los diodos láser tienen las ventajas de alta eficiencia, tamaño pequeño y larga vida útil, pero su potencia de salida es pequeña (generalmente menos de 2mW), la linealidad y la monocromaticidad no son buenas, por lo que sus aplicaciones en sistemas de televisión por cable se ven afectadas. Muy limitado, no puede transmitir señales analógicas multicanal y de alto rendimiento. En el módulo de retorno del receptor óptico bidireccional, la transmisión de enlace ascendente generalmente utiliza un diodo láser de pozo cuántico como fuente de luz.
Un diodo láser semiconductor, un par de planos paralelos perpendiculares a la unión PN, forma una cavidad Fabry-Perot, que puede ser el plano de escisión del cristal semiconductor o un plano pulido. Los otros dos lados son relativamente ásperos para eliminar la acción del láser en otras direcciones en la dirección principal.
La emisión de luz en semiconductores suele ser el resultado de la recombinación de portadores. Cuando la unión PN del semiconductor se aplica con una tensión de avance, la barrera de unión PN se debilita, obligando a los electrones a ser inyectados desde la región N a través de la unión PN en la región P, y los agujeros se inyectan desde la región P a través de la unión PN en la región N, y estos se inyectan cerca de la unión PN. Los electrones y agujeros de equilibrio se recombinarán para emitir fotones de longitud de onda, que tienen la siguiente fórmula:
• Hc/Eg (1)
h—Planck constante; c—velocidad de la luz; Por ejemplo, el ancho de banda prohibido del semiconductor.
El fenómeno anterior de la luminiscencia debido a la recombinación espontánea de electrones y agujeros se denomina emisión espontánea. Cuando los fotones generados por la emisión espontánea pasan a través del semiconductor, una vez que pasan a través de los pares de electrones-agujero emitidos, pueden ser excitados para recombinar y generar nuevos fotones, que inducen a los portadores excitados a recombinar y emitir nuevos fotones. El fenómeno se llama radiación estimulada. Si la corriente de inyección es lo suficientemente grande, se forma una distribución portadora opuesta al estado de equilibrio térmico, es decir, se invierte el número de población. Cuando los portadores de la capa activa están en un gran número de reversiones, una pequeña cantidad de fotones generados espontáneamente generan radiación inductiva debido a la reflexión recíproca en ambos extremos de la cavidad resonante, lo que resulta en una retroalimentación positiva de la resonancia selectiva de frecuencia, o ganancia para una cierta frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida de absorción, una luz coherente con una buena línea espectral, el láser, se puede emitir desde la unión PN, que es el principio simple del diodo láser.