Une diode laser fonctionne sur le principe de l’émission stimulée de photons. Il s’agit d’un matériau semi-conducteur pris en sandwich entre deux couches qui créent une jonction p-n. Lorsqu’une tension de polarisation directe est appliquée aux bornes de la jonction pn, les électrons et les trous se recombinent dans le matériau semi-conducteur. Ce processus libère de l’énergie sous forme de photons. Pour les diodes laser, cette émission de photons est stimulée pour se produire de manière cohérente et directionnelle, conduisant à la production de lumière laser. Les photons émis rebondissent entre les facettes réfléchissantes de la cavité de la diode, s’amplifiant par émission stimulée jusqu’à ce qu’un faisceau laser cohérent émerge à travers l’une des facettes.
L’action d’une diode laser consiste à convertir l’énergie électrique en énergie lumineuse grâce au processus d’émission stimulée. Lorsque les électrons et les trous se recombinent dans le matériau semi-conducteur de la diode sous polarisation directe, ils libèrent des photons. Ces photons stimulent ensuite d’autres électrons excités pour émettre des photons supplémentaires avec la même longueur d’onde et la même phase. Ce processus crée un effet de cascade qui amplifie l’émission lumineuse et conduit à la génération d’un faisceau laser cohérent dont les caractéristiques spécifiques sont déterminées par la conception et les matériaux de la diode.
Une diode est un dispositif semi-conducteur qui permet au courant de circuler dans un sens tout en le bloquant dans le sens opposé. Il s’agit d’une jonction p-n où les électrons et les trous peuvent circuler sous polarisation directe (lorsque l’anode est positive par rapport à la cathode) mais sont bloqués sous polarisation inverse. En polarisation directe, les électrons du matériau de type n et les trous du matériau de type p se déplacent à travers la jonction, créant ainsi un chemin conducteur pour le courant électrique. En polarisation inverse, la région d’appauvrissement s’élargit, empêchant un flux de courant important en raison de l’absence de porteurs de charge libres.
Un laser pompé par diode (DPL) fonctionne en utilisant des diodes laser pour pomper ou exciter un milieu de gain, généralement un cristal à l’état solide ou un verre dopé avec des ions de terres rares. Les diodes laser émettent une lumière intense à une longueur d’onde qui correspond à la bande d’absorption du milieu gainant. Lorsque le milieu à gain absorbe cette lumière, il devient excité et produit une inversion de population, une condition dans laquelle davantage d’atomes se trouvent dans des états d’énergie plus élevés que dans des états d’énergie plus faibles. Une émission stimulée se produit alors dans le milieu à gain, entraînant l’émission d’une lumière laser cohérente. Les lasers pompés par diode sont connus pour leur efficacité, leur taille compacte et leur fiabilité par rapport aux lasers traditionnels à gaz ou à lampe.
Les diodes laser sont en effet considérées comme de véritables lasers. Ils fonctionnent sur le même principe fondamental d’émission stimulée que les autres types de lasers, comme les lasers à gaz ou les lasers à solide. Les diodes laser émettent une lumière cohérente par émission stimulée dans un matériau semi-conducteur, utilisant généralement une jonction p-n pour créer une inversion de population, puis stimulant l’émission de photons. Même si leur construction et leur application peuvent différer des autres types de lasers, les diodes laser produisent une lumière cohérente et directionnelle qui répond à la définition technique d’un laser : un dispositif qui émet de la lumière via un processus d’amplification optique basé sur une émission stimulée.