激光二极管介绍
激光二极管（注入激光二极管或二极管激光器）是一种可以产生激光的半导体器件，发射包含单一颜色的窄光，类似于发光二极管（LED）。产生激光的三个条件是：实现粒子数反演、满足阈值条件和共振条件。由于激光二极管对静电非常敏感，因此应小心使用以防止静电。根据PN结材料的不同，它们可以分为同质结激光器，单异质结（SH）激光器，双异质结（DH）激光器和量子阱（QW）激光器。
激光二极管规格
（1）波长——是激光管的工作波长，包括635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等，用于光电开关激光器。
（2） 阈值电流– 激光管开始产生激光振荡的电流。对于一般的低功率激光管，该值约为几十mA，具有多量子阱结构的激光管的阈值电流可低至10mA或更低。
（3）工作电流——是激光管达到额定输出功率的驱动电流，这对于激光驱动电路的设计和调试更为重要。
（4）垂直发散角– 是激光二极管的发光波段在垂直PN结方向上的开角，一般在15°~40°左右。
（5）水平发散角– 激光二极管的发光带与PN结平行方向的开角，一般在6°~10°左右。
（6） 监控电流– 是激光管处于额定输出功率时流在 PIN 管上的电流。
激光二极管的工作原理
半导体中的光发射通常是由载流子络合引起的。当对PN结施加正电压时，它将削弱PN结势垒，迫使电子从N区注入P区，并从P区注入空穴到N区。这些注入在PN结附近的非平衡电子和空穴将被复合，从而发射波长λ的光子，公式如下。
λ=hc/Eg 其中：h - 普朗克常数，c - 光速，Eg
- 半导体的带隙宽度。
由于电子和空穴的自发复合引起的上述发光现象称为自发辐射。当光子通过半导体产生的自发辐射时，一旦电子-空穴对已经发射到附近，它就可以激发两个复合物产生新的光子。该光子已被诱导激发载体化合物并发出称为激发辐射的新光子。
如果注入电流足够大，则会形成与热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当载流子在有源层内发生大量反转的情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端反射，然后有感应辐射，产生频率选择性共振正反馈，或增益为一个频率。当增益大于吸收损耗时，可以从PN结即激光器发出具有良好光谱线的相干光。
至于半导体激光管的发光原理，半导体激光管中的P-N结由两个掺杂的GaAs层形成。它有两个平端结构，平行于末端（高反射表面）和部分反射。激光二极管发射相干光，其中所有波都处于相同的频率和相位。要发射的光的波长与结的长度完全相关。当P-N结被外部电压正向偏置时，电子穿过结并像普通二极管一样重新组合。当电子与空穴复合时，光子被释放出来。这些光子撞击原子，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域并导致发射更多的光子。最终，一些在耗尽区域中随机漂移的光子垂直撞击反射表面，从而沿着其原始路径反射回去。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是连续的几次。在光子运动过程中，由于雪崩效应，更多的原子释放出更多的光子。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、相位关系和频率方面与其他光子相同。因此，发射过程产生单一波长的激光束。为了产生激光束，激光二极管中的电流必须超过某个阈值水平。低于阈值电平的电流迫使二极管表现为LED，发出非相干光。
激光二极管特性
半导体半导体激光管的基本结构如图所示。一对垂直于PN结面的平行平面形成法布里-珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的溶液表面，也可以是抛光平面。其余两边比较粗糙，以消除激光在主要方向以外的其他方向的作用。此外，激光器由三个主要部件组成：激光介质（固体、液体或气体）、刺激能量源（泵）和光学谐振器。
图1.半导体激光二极管结构
激光二极管的特点之一是能够直接从电流调制其输出光的强度。由于输出光功率和输入电流之间的关系大多是线性的，激光二极管可以使用模拟或数字电流直接调制输出光强度，不需要昂贵的调制器，这使得二极管使用起来更经济。
二极管最重要的特性是其单向导电性，而半导体激光管作为二极管类型之一，具有相同的特性。在电路中，电流只能从二极管的正极端子流入，从负极端子流出。以下是具体说明。
1） 正向特性
在电子电路中，当二极管的正端连接到高电位端子，负极端子连接到低电位端子时，二极管导通。就这种联系而言，它称为前向偏置。此外，当施加到二极管两端的正向电压非常小时，二极管仍然无法导通，流过的正向电流非常小。只有当正向电压达到一定值（该值称为“阈值电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）时，二极管才能导通。在此之后，二极管两端的电压基本保持不变（锗约为0.3V，硅二极管约为0.7V），这称为“正向压降”。
2） 反向功能
在电子电路中，二极管的正端连接到低电位端子，负极端子连接到高电位端子。当几乎没有电流流过管子时，二极管处于截止状态。这种连接称为反向偏置。二极管在反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增加到一定值时，反向电流会急剧增加，二极管将失去其单向导电特性，这种状态称为二极管击穿。激光二极管注入电流必须大于临界电流密度，这与接触面的温度有关，间接影响管材性能，才能满足停留反转条件并发射激光。在高温下工作时，临界电流会增加，从而降低效率，甚至损坏组件。
激光二极管应用
激光二极管作为最常见的激光产品类型，具有效率高、体积小、寿命长等优点，但其输出功率低（一般小于2mW）、线性度差、单色性差，不利于有线电视系统应用，因为它们不能传输多通道、高性能的模拟信号。基于激光二极管的优势，它们在许多应用领域发挥着重要作用。例如，在双向光接收机的返回模块中，上行传输一般使用量子阱激光二极管作为光源。还广泛应用于计算机上的光驱、激光打印机中的打印头、条码扫描器、激光测距、激光医疗、光通讯、激光指示等小功率光电设备。照明、激光手术、激光焊接和激光武器等大功率设备也有激光二极管。
与LED相比，使用不同的光源，激光器比LED更强大，运行速度更快，并且它们还可以以更少的误差传输更远的光。它们也比LED贵得多。
