Een laserdiode werkt op basis van het principe van gestimuleerde emissie van fotonen. Het bestaat uit een halfgeleidermateriaal dat is ingeklemd tussen twee lagen die een pn-overgang creëren. Wanneer een voorwaartse voorspanning wordt aangelegd over de pn-overgang, recombineren elektronen en gaten in het halfgeleidermateriaal. Bij dit proces komt energie vrij in de vorm van fotonen. Bij laserdiodes wordt deze fotonenemissie gestimuleerd om op een coherente en directionele manier plaats te vinden, wat leidt tot de productie van laserlicht. De uitgezonden fotonen stuiteren heen en weer tussen de reflecterende facetten van de diodeholte en worden versterkt door gestimuleerde emissie totdat een coherente laserstraal door een van de facetten naar voren komt.
De werking van een laserdiode omvat het omzetten van elektrische energie in lichtenergie via het proces van gestimuleerde emissie. Wanneer elektronen en gaten in het halfgeleidermateriaal van de diode onder voorwaartse voorspanning recombineren, komen er fotonen vrij. Deze fotonen stimuleren vervolgens andere aangeslagen elektronen om extra fotonen met dezelfde golflengte en fase uit te zenden. Dit proces creëert een cascade-effect dat de lichtemissie versterkt en leidt tot het genereren van een coherente laserstraal met specifieke kenmerken die worden bepaald door het ontwerp en de materialen van de diode.
Een diode is een halfgeleiderapparaat dat stroom in de ene richting laat stromen en deze in de tegenovergestelde richting blokkeert. Het bestaat uit een pn-overgang waar elektronen en gaten onder voorwaartse voorspanning kunnen stromen (wanneer de anode positief is ten opzichte van de kathode), maar worden geblokkeerd onder tegengestelde voorspanning. In voorwaartse richting bewegen elektronen van het n-type materiaal en gaten van het p-type materiaal over de kruising, waardoor een geleidend pad voor elektrische stroom ontstaat. Bij omgekeerde bias wordt het uitputtingsgebied breder, waardoor een aanzienlijke stroom wordt voorkomen als gevolg van de afwezigheid van vrije ladingsdragers.
Een diodegepompte laser (DPL) werkt met behulp van laserdiodes om een versterkingsmedium te pompen of te exciteren, meestal een vastestofkristal of glas gedoteerd met zeldzame aardionen. De laserdiodes zenden intens licht uit met een golflengte die overeenkomt met de absorptieband van het versterkingsmedium. Wanneer het versterkingsmedium dit licht absorbeert, raakt het opgewonden en veroorzaakt het populatie-inversie – een toestand waarin meer atomen zich in hogere energietoestanden bevinden dan in lagere energietoestanden. Gestimuleerde emissie vindt dan plaats binnen het versterkingsmedium, resulterend in de emissie van coherent laserlicht. Diodegepompte lasers staan bekend om hun efficiëntie, compacte formaat en betrouwbaarheid in vergelijking met traditionele gas- of lampgepompte lasers.
Laserdiodes worden inderdaad als echte lasers beschouwd. Ze werken volgens hetzelfde fundamentele principe van gestimuleerde emissie als andere soorten lasers, zoals gaslasers of vastestoflasers. Laserdiodes zenden coherent licht uit via gestimuleerde emissie in een halfgeleidermateriaal, waarbij doorgaans gebruik wordt gemaakt van een pn-overgang om een populatie-inversie te creëren en vervolgens de emissie van fotonen te stimuleren. Hoewel ze qua constructie en toepassing kunnen verschillen van andere soorten lasers, produceren laserdiodes coherent en gericht licht dat voldoet aan de technische definitie van een laser: een apparaat dat licht uitzendt via een proces van optische versterking op basis van gestimuleerde emissie.