Laserová dioda je v podstatě polovodičová dioda. Podle toho, zda je spojovací materiál PN stejný, lze laserovou diodu rozdělit na homojunkci, jednu heterojunkci (SH), dvojitou heterojunkci (DH) a laserovou diodu s kvantovou jamkou (QW). Laserové diody s kvantovou jámou mají výhody nízkého prahového proudu a vysokého výstupního výkonu a jsou hlavním produktem na trhu. Ve srovnání s lasery mají laserové diody výhody vysoké účinnosti, malých rozměrů a dlouhé životnosti, ale jejich výstupní výkon je malý (obvykle méně než 2 mW), linearita a monochromatičnost nejsou dobré, takže jsou ovlivněny jejich aplikace v systémech kabelové televize. Velmi omezené, nelze přenášet vícekanálové vysoce výkonné analogové signály. Ve zpětném modulu obousměrného optického přijímače používá vzestupný přenos obecně jako zdroj světla laserovou diodu s kvantovou jamkou.
Polovodičová laserová dioda, dvojice paralelních rovin kolmých na PN spojení, tvoří Fabry-Perotovu dutinu, kterou může být rovina štěpení polovodičového krystalu nebo leštěná rovina. Ostatní dvě strany jsou relativně drsné, aby eliminovaly působení laseru v ostatních směrech v hlavním směru.
Světelná emise v polovodičích je obvykle výsledkem rekombinace nosičů. Když je PN spojení polovodiče aplikováno s dopředným napětím, bariéra PN spojení je oslabena, což nutí elektrony, aby byly injektovány z N oblasti přes PN spojení do P oblasti, a otvory jsou injikovány z P oblasti přes PN křižovatce do oblasti N a ty jsou injektovány poblíž křižovatky PN. Rovnovážné elektrony a díry se rekombinují a vyzařují fotony vlnové délky λ, které mají následující vzorec:
λ=hc / např. (1)
h — Planckova konstanta; c - rychlost světla; Např. - zakázaná šířka pásma polovodiče.
Výše uvedený jev luminiscence způsobený spontánní rekombinací elektronů a děr se nazývá spontánní emise. Když fotony generované spontánní emisí projdou polovodičem, jakmile projdou emitovanými páry elektron-díra, mohou být vzrušeni k rekombinaci a generování nových fotonů, které indukují excitované nosiče k rekombinaci a emitování nových fotonů. Tento jev se nazývá stimulované záření. Pokud je vstřikovací proud dostatečně velký, vytvoří se distribuce nosiče naproti stavu tepelné rovnováhy, to znamená, že počet obyvatel je obrácen. Když jsou nosiče v aktivní vrstvě ve velkém počtu obrácení, malé množství spontánně generovaných fotonů generuje indukční záření v důsledku vzájemného odrazu na obou koncích rezonanční dutiny, což má za následek pozitivní zpětnou vazbu frekvenčně selektivní rezonance nebo zisk pro určitou frekvenci. Když je zisk větší než absorpční ztráta, může být z PN křižovatky vyzařováno koherentní světlo s dobrou spektrální čarou, laser, což je jednoduchý princip laserové diody.