Um diodo laser funciona com base no princípio da emissão estimulada de fótons. Consiste em um material semicondutor imprensado entre duas camadas que criam uma junção pn. Quando uma tensão de polarização direta é aplicada através da junção pn, elétrons e lacunas se recombinam dentro do material semicondutor. Este processo libera energia na forma de fótons. Para diodos laser, essa emissão de fótons é estimulada para ocorrer de forma coerente e direcional, levando à produção de luz laser. Os fótons emitidos saltam para frente e para trás entre as facetas reflexivas da cavidade do diodo, amplificando-se através da emissão estimulada até que um feixe de laser coerente emerge através de uma das facetas.
A ação de um diodo laser envolve a conversão de energia elétrica em energia luminosa através do processo de emissão estimulada. Quando elétrons e lacunas se recombinam no material semicondutor do diodo sob polarização direta, eles liberam fótons. Esses fótons então estimulam outros elétrons excitados a emitir fótons adicionais com o mesmo comprimento de onda e fase. Este processo cria um efeito cascata que amplifica a emissão de luz e leva à geração de um feixe de laser coerente com características específicas determinadas pelo design e pelos materiais do diodo.
Um diodo é um dispositivo semicondutor que permite que a corrente flua em uma direção enquanto a bloqueia na direção oposta. Consiste em uma junção pn onde elétrons e buracos podem fluir sob polarização direta (quando o ânodo é positivo em relação ao cátodo), mas são bloqueados sob polarização reversa. Na polarização direta, os elétrons do material do tipo n e os buracos do material do tipo p se movem através da junção, criando um caminho condutor para a corrente elétrica. Na polarização reversa, a região de depleção se alarga, impedindo um fluxo significativo de corrente devido à ausência de portadores de carga livres.
Um laser bombeado por diodo (DPL) opera usando diodos laser para bombear ou excitar um meio de ganho, normalmente um cristal de estado sólido ou vidro dopado com íons de terras raras. Os diodos laser emitem luz intensa em um comprimento de onda que corresponde à banda de absorção do meio de ganho. Quando o meio de ganho absorve esta luz, ele fica excitado e produz inversão populacional – uma condição em que mais átomos estão em estados de energia mais elevados do que em estados de energia mais baixos. A emissão estimulada ocorre então dentro do meio de ganho, resultando na emissão de luz laser coerente. Os lasers bombeados por diodo são conhecidos por sua eficiência, tamanho compacto e confiabilidade em comparação com os lasers tradicionais bombeados por gás ou lâmpada.
Os diodos laser são de fato considerados lasers reais. Eles operam com o mesmo princípio fundamental de emissão estimulada que outros tipos de lasers, como lasers de gás ou lasers de estado sólido. Os diodos laser emitem luz coerente por meio de emissão estimulada dentro de um material semicondutor, normalmente usando uma junção pn para criar uma inversão populacional e então estimulando a emissão de fótons. Embora possam diferir em construção e aplicação de outros tipos de lasers, os diodos laser produzem luz coerente e direcional que atende à definição técnica de laser – um dispositivo que emite luz por meio de um processo de amplificação óptica baseado em emissão estimulada.