Eine Laserdiode hat die Aufgabe, kohärentes Licht durch stimulierte Emission von Photonen zu emittieren. Sie funktioniert ähnlich wie eine normale Diode, verfügt jedoch über zusätzliche Eigenschaften, die es ihr ermöglichen, einen schmalen, intensiven Lichtstrahl zu erzeugen. Laserdioden wandeln elektrischen Strom in Licht um, indem sie Strom durch ein Halbleitermaterial leiten, typischerweise Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumgalliumarsenid (InGaAs), das in einer Struktur untergebracht ist, die optische Rückkopplung für stimulierte Emission unterstützt. Diese kohärente Lichtemission macht Laserdioden für verschiedene Anwendungen nützlich, bei denen präzise und fokussierte Lichtstrahlen erforderlich sind.
Die Funktion einer normalen Diode, beispielsweise einer Leuchtdiode (LED) oder einer Halbleiterdiode, besteht darin, den Stromfluss in eine Richtung zu ermöglichen und ihn in die entgegengesetzte Richtung zu blockieren. Wenn eine Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist (positive Spannung an der Anode im Vergleich zur Kathode angelegt), leitet sie Strom, emittiert Licht im Fall einer LED oder ermöglicht den Stromfluss bei anderen Diodentypen. Diese Eigenschaft macht Dioden zu unverzichtbaren Komponenten in der Elektronik zur Gleichrichtung, Signalmodulation, Schaltung und Spannungsregelung.
Laserdioden finden aufgrund ihrer einzigartigen Fähigkeit, intensives, kohärentes Licht zu emittieren, zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Zu den gängigen Anwendungen gehören optische Kommunikation (Faseroptik), Laserdruck, Barcodescanner, Laserpointer, medizinische und chirurgische Verfahren (Laser zum Schneiden oder Koagulieren), Lasersensoren zur Entfernungsmessung (LiDAR), optische Speichergeräte (CDs, DVDs) und wissenschaftliche Forschung (Spektroskopie und Mikroskopie). Ihre kompakte Größe, Effizienz und die Fähigkeit, Licht in bestimmten Wellenlängen zu emittieren, machen Laserdioden in der modernen Technologie unverzichtbar.
Die Wirkung einer Laserdiode beinhaltet die Emission kohärenten Lichts durch stimulierte Emission. Wenn Strom durch den Diodenübergang fließt, rekombinieren Elektronen und Löcher und setzen Photonen frei. Diese Photonen regen dann andere angeregte Elektronen dazu an, weitere Photonen in Phase mit den ursprünglichen zu emittieren, was zu einer kohärenten Kaskade von Lichtemissionen führt (in Phase und Richtung ausgerichtet). Dieser Prozess erzeugt einen hochkonzentrierten und fokussierten Lichtstrahl, der Laserdioden von anderen Lichtquellen wie LEDs unterscheidet, die inkohärentes Licht über ein breiteres Spektrum abstrahlen.
Die Verwendung einer Laserdiode erfordert eine sorgfältige Handhabung und Integration in einen Schaltkreis oder ein System, das den Betrieb steuert und das emittierte Licht bündelt. Laserdioden erfordern geeignete Strombegrenzungsschaltungen, um Schäden durch übermäßigen Strom zu verhindern. Sie sind typischerweise in Gehäusen untergebracht, die eine Optik zum Kollimieren oder Fokussieren des emittierten Strahls enthalten. Abhängig von der Anwendung erfordern Laserdioden möglicherweise zusätzliche Optiken, Kühlkörper und Steuerschaltungen, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten und die gewünschten Strahleigenschaften (wie Strahldivergenz und Wellenlänge) zu erreichen. Bei der Verwendung von Laserdioden sind angemessene Sicherheitsvorkehrungen unerlässlich, um eine versehentliche Exposition gegenüber intensivem Laserlicht zu vermeiden, das für Augen und Haut gefährlich sein kann.