Die Laserdiode ist im Wesentlichen eine Halbleiterdiode. Je nachdem, ob das PN-Anschlussmaterial identisch ist, kann die Laserdiode in eine Homojunction, eine einzelne Heterojunction (SH), eine Double Heterojunction (DH) und eine Quantenbrunnen-Laserdiode (QW) unterteilt werden. Quantenbrunnen-Laserdioden haben die Vorteile von niedrigschwelligem Strom und hoher Ausgangsleistung und sind die Mainstream-Produkte auf dem Markt. Im Vergleich zu Lasern haben Laserdioden die Vorteile einer hohen Effizienz, geringen Größe und langen Lebensdauer, aber ihre Ausgangsleistung ist gering (in der Regel weniger als 2mW), Linearität und Monochromatizität sind nicht gut, so dass ihre Anwendungen in Kabel-TV-Systemen betroffen sind. Sehr begrenzt, kann nicht mehrkanalige, leistungsstarke analoge Signale übertragen. Im Rücklaufmodul des bidirektionalen optischen Empfängers verwendet die Uplink-Übertragung in der Regel eine Quantenbrunnen-Laserdiode als Lichtquelle.
Eine Halbleiter-Laserdiode, ein Paar paralleler Ebenen senkrecht zum PN-Knoten, bildet eine Fabry-Perot-Kavität, die die Spaltebene des Halbleiterkristalls oder eine polierte Ebene sein kann. Die anderen beiden Seiten sind relativ rau, um die Laser-Aktion in andere Richtungen in die Hauptrichtung zu beseitigen.
Die Lichtemission in Halbleitern resultiert in der Regel aus der Rekombination von Trägern. Wenn der PN-Knoten des Halbleiters mit einer Vorwärtsspannung angelegt wird, wird die PN-Knotenbarriere geschwächt, wodurch Elektronen aus dem N-Bereich durch den PN-Knoten in den P-Bereich injiziert werden und Löcher aus dem P-Bereich durch den PN-Knoten in den N-Bereich injiziert werden, und diese werden in der Nähe des PN-Knotens injiziert. Die Gleichgewichtselektronen und -löcher werden neu kombiniert, um Photonen der Wellenlänge zu emittieren, die die folgende Formel haben:
= hc/Eg (1)
h—Planck-Konstante; c — Lichtgeschwindigkeit; Z.B. die verbotene Bandbreite des Halbleiters.
Das obige Phänomen der Lumineszenz durch spontane Rekombination von Elektronen und Löchern wird als spontane Emission bezeichnet. Wenn die durch spontane Emission erzeugten Photonen durch den Halbleiter passieren, sobald sie die emittierten Elektronenlochpaare passieren, können sie angeregt werden, neue Photonen zu rekombinieren und zu erzeugen, die die angeregten Träger dazu veranlassen, neue Photonen zu rekombinieren und auszusenden. Das Phänomen wird stimulierte Strahlung genannt. Wenn der Einspritzstrom groß genug ist, wird eine Trägerverteilung gegenüber dem thermischen Gleichgewichtszustand gebildet, d.h. die Populationszahl wird umgekehrt. Wenn sich die Träger in der aktiven Schicht in einer großen Anzahl von Umkehrungen befinden, erzeugt eine kleine Menge spontan erzeugter Photonen induktive Strahlung durch wechselseitige Reflexion an beiden Enden der Resonanzhöhle, was zu einer positiven Rückkopplung der frequenzselektiven Resonanz oder einem Gewinn für eine bestimmte Frequenz führt. Wenn der Gewinn größer ist als der Absorptionsverlust, kann ein kohärentes Licht mit einer guten Spektrallinie, der Laser, von der PN-Kreuzung emittiert werden, was das einfache Prinzip der Laserdiode ist.