激光二極管是一種半導(dǎo)體激光器件，在形式和操作上都與發(fā)光二極管 (LED) 非常相似。
　　激光一詞初是一個(gè)縮寫詞：受激輻射光放大。因此，激光器是一種通過(guò)基于電磁輻射受激發(fā)射的光學(xué)放大過(guò)程來(lái)發(fā)射光的設(shè)備。

　　激光二極管在電氣上等效于PIN 二極管。PIN 二極管（參見(jiàn)下圖 1）是一種具有寬的、未摻雜的本征半導(dǎo)體區(qū)域的二極管，該區(qū)域夾在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間。p型和n型區(qū)域通常都是重?fù)诫s的。

　　圖 1. PIN 二極管的描述。圖片由Georg Wiora（Schorsch 博士）提供 [ CC-BY-SA 3.0 ]

　　激光二極管的“有源區(qū)”位于i（本征）區(qū)。電子和空穴（即載流子）分別從n區(qū)和p區(qū)被泵入i區(qū)。下圖 2 顯示了外殼被剖開(kāi)的激光二極管。真正的激光二極管芯片是前面那個(gè)黑色的小芯片；背面的光電二極管用于控制輸出功率。

　　圖 2.外殼被剖開(kāi)的激光二極管。圖片由John Maushammer提供[ CC BY-SA 3.0 ]
　　與 LED 相比，激光二極管的響應(yīng)時(shí)間要快得多，并且可以將輻射聚焦到直徑小至 1 ?m 的區(qū)域。
　　封裝類型

　　激光二極管有多種封裝類型。以下是一些示例：

　　圖 3.TO5 (9mm) 激光二極管封裝。圖片由Digi-Key提供。

　　圖 4.TO3激光二極管封裝。圖片由Lasermate提供

　　圖 5.C型安裝激光二極管封裝。圖片由aitc-group.com提供

　　圖 6.高熱負(fù)載封裝。圖片由RMT 有限公司提供
　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　一系列小型激光二極管用于激光筆和條形碼掃描儀。然而，常見(jiàn)的激光二極管可以在 CD-ROM 和 CD 播放器中找到。這些類型的激光二極管產(chǎn)生波長(zhǎng)為 780nm 或附近的不可見(jiàn)光束，該光束屬于近紅外光譜。近紅外光譜區(qū)域見(jiàn)圖 7。

　　圖 7.近紅外位于紅外光譜范圍內(nèi)。圖片由dew.globalsystemsscience.org提供
　　DVD-RW（讀/寫）驅(qū)動(dòng)器使用比 CD-ROM 中使用的功率更高的激光二極管。更強(qiáng)大的是藍(lán)光播放器中的藍(lán)色激光二極管（因此得名）。
　　可見(jiàn)激光二極管用于條形碼和 UPC（通用產(chǎn)品代碼）掃描儀（如雜貨店中使用的掃描儀）、激光筆以及 X 光機(jī)、CT 和 MRI 掃描儀中的定位設(shè)備。
　　DVD 設(shè)備中的較短波長(zhǎng)激光器（大約 635 nm）使它們能夠存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量是 CD 的大約八倍；DVD 每張光盤可以存儲(chǔ)大約 5GB，而 CD 只能存儲(chǔ)大約 650MB。
　　激光的另一個(gè)應(yīng)用是分子識(shí)別。據(jù)語(yǔ)義學(xué)者網(wǎng)站稱，“通過(guò)整形飛秒激光脈沖實(shí)現(xiàn)的受控分子光斷裂和電離與質(zhì)譜相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種強(qiáng)大的多維工具，可實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、可重復(fù)和定量的分子識(shí)別?！?br>

　　準(zhǔn)直透鏡（參見(jiàn)下圖 8）用于光譜儀的設(shè)置。這些光學(xué)透鏡有助于準(zhǔn)直（即平行）光線，從而使光譜儀用戶能夠控制視野、收集效率和空間分辨率。

　　圖 8.準(zhǔn)直透鏡。圖片由Thorlabs提供。
　　激光二極管驅(qū)動(dòng)電路
　　所有激光二極管都需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路。如果沒(méi)有它，二極管可能會(huì)因電流注入不穩(wěn)定而導(dǎo)致工作溫度波動(dòng)。其影響范圍可能包括從二極管燒毀引起的立即和性損壞到縮短的二極管壽命。
　　驅(qū)動(dòng)電路基本上為二極管提供穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)的電流。有兩種主要方法可用于從激光二極管獲得所需的穩(wěn)定光學(xué)輸出。這些包括：
　　自動(dòng)電流控制 (ACC) 或恒流控制。顧名思義，該技術(shù)為二極管提供恒定電流。這種方法消除了對(duì)光電二極管反饋環(huán)路的需要。這種簡(jiǎn)單且廉價(jià)的方法的缺點(diǎn)是，隨著激光二極管溫度的變化，光輸出也會(huì)發(fā)生變化。然而，這種驅(qū)動(dòng)電路可以用二極管溫度控制電路來(lái)補(bǔ)充。恒流與溫控二極管的耦合已被證明是一種流行的解決方案。然而，沒(méi)有溫度控制的恒流設(shè)備仍然被用在廉價(jià)、低端、低功耗的場(chǎng)合和產(chǎn)品中（想想便利店里出售的那些超便宜的激光筆）。
　　自動(dòng)功率控制（APC）電路。該激光二極管驅(qū)動(dòng)電路使用光電二極管反饋環(huán)路來(lái)監(jiān)視輸出并提供用于控制激光二極管的信號(hào)。這種控制方案允許激光二極管保持恒定的輸出水平。這種自動(dòng)恒定功率控制技術(shù)可以防止光輸出功率隨著激光二極管溫度的降低而增加。但如果散熱不充分導(dǎo)致溫度升高，光功率就會(huì)下降。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)電路將增加注入電流以試圖維持期望的恒定光功率?？梢钥闯觯锌赡馨l(fā)生熱失控，導(dǎo)致激光器損壞或毀壞。
　　無(wú)論使用哪種類型的驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)鍵點(diǎn)是防止驅(qū)動(dòng)電流超過(guò)工作電平。這樣做，即使是一納秒，也可能會(huì)損壞激光二極管端面上的鏡面涂層。換句話說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室電源永遠(yuǎn)不應(yīng)該用來(lái)直接為激光二極管供電，因?yàn)樗荒芴峁┳銐虻碾娐繁Ｗo(hù)。
　　請(qǐng)記住，大多數(shù)激光二極管應(yīng)用都需要某種散熱器。不正確的熱設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致激光二極管結(jié)溫快速升高，這可能會(huì)降低、損壞或毀壞設(shè)備。

　　激光二極管驅(qū)動(dòng)電路（如下圖 9 所示）代表了使用恒流源的簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路。

　　圖 9.采用TI LM317 的簡(jiǎn)單激光二極管驅(qū)動(dòng)器電路 (PDF)。
　　更復(fù)雜的激光驅(qū)動(dòng)器電路（如下圖 10 所示）使用 10 位 DAC（使用 3 線串行輸入）來(lái)操作激光二極管并將其保持在恒定的平均光輸出功率。該電路還允許對(duì)激光器進(jìn)行數(shù)字脈沖/調(diào)制。這是通過(guò)與 IC4 的數(shù)字輸入線 (MOD) 連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此外，該電路使用光電二極管作為反饋技術(shù)，產(chǎn)生與激光束強(qiáng)度成比例的電流。下面的項(xiàng)目符號(hào)列表總結(jié)了該電路設(shè)計(jì)中使用的組件：
　　R6 將光電二極管電流轉(zhuǎn)換為電壓。
　　組件 R8、C6、R10 和 IC3 構(gòu)成“泄漏”積分電路。該積分器可以消除調(diào)制中的變化。
　　積分器電路通過(guò)監(jiān)控 R6 兩端的電壓并將其與 DAC 的參考電壓 (IC1) 進(jìn)行比較來(lái)創(chuàng)建誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)是 Q1 基極的驅(qū)動(dòng)器，Q1 通過(guò)調(diào)節(jié)流經(jīng)激光二極管的電流來(lái)控制光功率。
　　當(dāng) Q1 的基極由來(lái)自 MOD 輸入的信號(hào)控制時(shí)，R9 提供隔離并有助于穩(wěn)定 IC3。

　　R1 確保激光電流低于發(fā)射激光的閾值，但足夠高以允許通信和調(diào)制有可接受的開(kāi)啟時(shí)間。

　　圖 10.激光驅(qū)動(dòng)器示例。圖片由Maxim Integrated提供。
　　重要的激光二極管規(guī)格
　　激光（或激光）波長(zhǎng)，λ p：激光二極管發(fā)射的光的波長(zhǎng)。
　　單模器件：激光輸出的單譜線的波長(zhǎng)。
　　多模器件：強(qiáng)度的譜線的波長(zhǎng)。
　　閾值電流，I th：增益滿足激光條件的電流。
　　當(dāng)?shù)陀陂撝惦娏鼽c(diǎn)時(shí)，發(fā)出很少的光（激光）。
　　當(dāng)達(dá)到或高于電流閾值時(shí)，設(shè)備開(kāi)始產(chǎn)生激光輸出。
　　工作電流，I op：在指定工作溫度下產(chǎn)生指定激光輸出所需的通過(guò)激光二極管的正向電流量。
　　工作電壓，V op：當(dāng)器件在指定的工作溫度下產(chǎn)生指定的激光輸出時(shí)，激光二極管兩端的正向電壓。
　　光功率輸出，PO ：允許瞬時(shí)光（激光）功率輸出。這對(duì)于連續(xù)或脈沖操作模式均有效。
　　工作溫度范圍：激光設(shè)備可以安全運(yùn)行的外殼溫度范圍。
　　光電二極管暗電流，ID (PD)：光電二極管反向偏置時(shí)的漏電流。
　　暗電流與溫度和電壓有關(guān)。
　　理想的二極管/光電二極管沒(méi)有反向電流。
　　斜率效率，SE：當(dāng)激光器工作在激光區(qū)域時(shí)，與正向電流增量變化相對(duì)應(yīng)的光功率增量變化的平均值。
　　該定義也稱為微分效率。
　　上升時(shí)間：光輸出從值的 10% 上升到 90% 所需的時(shí)間。