激光二極管（Laser Diode, LD）在電力電子行業(yè)扮演重要角色，憑借其出色的單色性、高效率以及快速開關(guān)特性，在信號(hào)傳輸領(lǐng)域尤為重要。

一、激光二極管的原理

激光二極管基于受激輻射發(fā)光，能發(fā)射出直徑微小、高度定向和相干性強(qiáng)的光束。1962年，科學(xué)家Robert N. Hall和Nick Holonyak Jr.成功發(fā)明了激光二極管。得益于在活性區(qū)的電流“注入”，這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)了“激光”條件，并成功輻射出光子。激光二極管符號(hào)表示中有別于普通PN結(jié)二極管的地方在于它包含了一個(gè)未摻雜的本征活性區(qū)域。

二、激光二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理

激光二極管的工作原理依賴其內(nèi)部的PIN結(jié)構(gòu)——兩端分別是P型與N型半導(dǎo)體，中間是未摻雜的本征半導(dǎo)體。當(dāng)正向偏壓時(shí)，電子和空穴被注入活性區(qū)，電子從導(dǎo)電帶跳至價(jià)帶與空穴復(fù)合，釋放出光子。

這個(gè)過程涉及三種輻射機(jī)制：吸收、自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射。自發(fā)發(fā)射是自然復(fù)合產(chǎn)生的發(fā)光，而受激發(fā)射則是電子在光子作用下從更高能級(jí)躍遷至更低能級(jí)時(shí)產(chǎn)生的，每個(gè)入射光子能誘導(dǎo)出兩個(gè)同相位、同波長(zhǎng)的光子。

三、激光二極管的應(yīng)用

激光二極管廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域。在光電場(chǎng)景如激光打印、光盤讀寫、光纖通信以及自動(dòng)化傳感器中起著不可或缺的作用。此外，它們?cè)陔娏ζ骷刂疲ㄈ?a target="_blank">IGBT與MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路）、EDS及無掩膜光刻等半導(dǎo)體制造技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵性能。

四、優(yōu)勢(shì)與不足

激光二極管提供了810至1064納米波長(zhǎng)范圍的豐富選擇，同時(shí)具備快速響應(yīng)、高量子效率等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。盡管激光二極管存在對(duì)溫度和光反饋敏感、高增益電流下帶隙收縮以及與LED相比成本較高等局限，但其整體性能令其在高精度應(yīng)用中顯著優(yōu)于LED。

五、激光二極管與LED的區(qū)別

不同于LED依靠自發(fā)發(fā)射，激光二極管通過電流和電壓引發(fā)受激發(fā)射，產(chǎn)生的光輸出既均勻又相干。在激光二極管的輔助下，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)控制的光學(xué)應(yīng)用，而LED則適用于一般照明及指示裝置。

通過對(duì)激光二極管的技術(shù)深入分析可知，它在現(xiàn)代電力電子和通信領(lǐng)域中的作用日益重要。雖然激光二極管的成本相對(duì)高昂，但在高端精密的應(yīng)用中，其性能優(yōu)勢(shì)明顯，預(yù)計(jì)在未來的光電子行業(yè)中將持續(xù)發(fā)揮巨大潛力。