Un diodo laser funziona secondo il principio dell’emissione stimolata di fotoni. È costituito da un materiale semiconduttore inserito tra due strati che creano una giunzione pn. Quando viene applicata una tensione di polarizzazione diretta attraverso la giunzione p-n, gli elettroni e le lacune si ricombinano all’interno del materiale semiconduttore. Questo processo rilascia energia sotto forma di fotoni. Per i diodi laser, questa emissione di fotoni viene stimolata in modo che avvenga in modo coerente e direzionale, portando alla produzione di luce laser. I fotoni emessi rimbalzano avanti e indietro tra le facce riflettenti della cavità del diodo, amplificandosi attraverso l’emissione stimolata fino a quando un raggio laser coerente emerge da una delle facce.
L’azione di un diodo laser prevede la conversione dell’energia elettrica in energia luminosa attraverso il processo di emissione stimolata. Quando gli elettroni e le lacune si ricombinano nel materiale semiconduttore del diodo sotto polarizzazione diretta, rilasciano fotoni. Questi fotoni stimolano quindi altri elettroni eccitati a emettere fotoni aggiuntivi con la stessa lunghezza d’onda e fase. Questo processo crea un effetto a cascata che amplifica l’emissione di luce e porta alla generazione di un raggio laser coerente con caratteristiche specifiche determinate dal design e dai materiali del diodo.
Un diodo è un dispositivo a semiconduttore che consente alla corrente di fluire in una direzione bloccandola nella direzione opposta. Consiste in una giunzione p-n in cui gli elettroni e le lacune possono fluire sotto polarizzazione diretta (quando l’anodo è positivo rispetto al catodo) ma sono bloccati sotto polarizzazione inversa. Nella polarizzazione diretta, gli elettroni del materiale di tipo n e le lacune del materiale di tipo p si muovono attraverso la giunzione, creando un percorso conduttivo per la corrente elettrica. Nella polarizzazione inversa, la regione di svuotamento si allarga, impedendo un flusso di corrente significativo a causa dell’assenza di portatori di carica liberi.
Un laser pompato a diodi (DPL) funziona utilizzando diodi laser per pompare o eccitare un mezzo di guadagno, tipicamente un cristallo allo stato solido o un vetro drogato con ioni di terre rare. I diodi laser emettono luce intensa ad una lunghezza d’onda che corrisponde alla banda di assorbimento del mezzo di guadagno. Quando il mezzo di guadagno assorbe questa luce, si eccita e produce un’inversione di popolazione, una condizione in cui più atomi si trovano negli stati di energia più alta rispetto agli stati di energia più bassa. L’emissione stimolata avviene quindi all’interno del mezzo di guadagno, determinando l’emissione di luce laser coerente. I laser pompati a diodi sono noti per la loro efficienza, dimensioni compatte e affidabilità rispetto ai tradizionali laser pompati a gas o a lampada.
I diodi laser sono infatti considerati dei veri e propri laser. Funzionano secondo lo stesso principio fondamentale dell’emissione stimolata di altri tipi di laser, come i laser a gas o i laser a stato solido. I diodi laser emettono luce coerente attraverso un’emissione stimolata all’interno di un materiale semiconduttore, tipicamente utilizzando una giunzione p-n per creare un’inversione di popolazione e quindi stimolando l’emissione di fotoni. Sebbene possano differire nella costruzione e nell’applicazione da altri tipi di laser, i diodi laser producono luce coerente e direzionale che soddisfa la definizione tecnica di laser: un dispositivo che emette luce attraverso un processo di amplificazione ottica basato sull’emissione stimolata.