我们都知道激光在日常生活中应用的十分广泛，那么你知道激光是如何发光的呢？激光二极管的工作原理是怎么样的？下面一起来看下吧。

在日常生活和工业生产中，激光已经随处可见：超市收银台的扫码枪、手术室里的医疗设备、工厂里的激光切割机，甚至是我们常用的光纤通信，都离不开激光。那么问题来了，激光到底是怎么发光的？其中的激光二极管又是如何工作的？今天，我们就用简单的语言为大家做一个全面的解读。

一、激光与普通光的区别

大家都知道灯泡、LED也能发光，那为什么还需要“激光”呢？

1. 普通光（如LED）

光线是杂乱的，向各个方向发散；

颜色混杂，波长宽；

不适合远距离传输和高精度加工。

2. 激光（Laser）

单色性好：几乎是单一波长，看起来就是一种“纯净的光”；

方向性强：光束发散极小，可以传播很远；

相干性好：光的波动“整齐划一”，能量集中；

亮度高：单位面积内能量密度远高于普通光。

这也是为什么激光能被用于精密测量、信息传输和高能量加工的原因。

二、激光是如何发光的？

激光的核心原理有三个关键过程：

1. 受激辐射

原子或电子在受到外部能量激发时，会跃迁到高能级；

当高能态电子回落到低能态时，会释放出一个光子；

如果碰巧遇到另一个同频率光子，就会“被刺激”释放出一个与它完全相同的光子；

两个光子再继续“复制”，于是形成了“同方向、同频率、同相位”的光。

2. 粒子数反转

为了让受激辐射持续发生，需要让高能态的电子比低能态的还多；

这个过程叫“粒子数反转”，是产生激光的必要条件。

3. 光学谐振腔

在两面镜子之间来回反射，光子数量被不断放大；

其中一面镜子是部分透过的，最终“泄露”出来的光，就是我们看到的激光。

三、激光二极管的工作原理

那么，激光二极管（Laser Diode, LD）是如何把这些物理原理变成现实的呢？

1. 基本结构

激光二极管是一种特殊的半导体器件，由P型半导体和N型半导体组成；

在PN结中间形成了一个有源层（量子阱），用于发光；

两端则通过反射镜（通常是直接利用芯片的切割面）构成光学谐振腔。

2. 工作过程

当对激光二极管加上正向电压时，电子从N区注入，空穴从P区注入；

电子和空穴在有源层复合，释放光子；

这些光子在谐振腔内来回反射，诱发更多电子复合，产生受激辐射；

当累积的光强达到“阈值电流”时，激光二极管就会发射出相干的激光。

3. 激光二极管的特点

体积小：相比气体激光器、固体激光器，LD器件小巧易集成；

效率高：电能直接转化为光能，效率可达30%以上；

成本可控：大规模量产成熟，广泛应用于消费电子、工业和医疗；

波长可调：从可见光到红外波段都有覆盖。

四、激光二极管的应用场景

通信领域：光纤通信、数据传输，要求高稳定性和窄谱宽；

测量领域：激光测距、激光雷达，对光束方向性要求极高；

工业加工：激光焊接、切割、打标，需要高功率多模LD；

医疗美容：激光治疗、皮肤美容，对波长精度和功率有特殊要求；

消费电子：光存储（DVD、蓝光）、投影显示。

激光的发光原理就是“受激辐射 + 粒子数反转 + 谐振腔放大”；

激光二极管的工作原理则是利用半导体PN结注入载流子，在有源层中发生受激辐射，再通过谐振腔放大，最终输出高质量激光。

激光二极管凭借小体积、高效率和可调波长的优势，已经成为激光器件中应用最广、市场需求量最大的核心器件之一。

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