什么是激光二极管？激光二极管的工作原理、类型和连接

激光二极管是一种将通过电路的电流转化为强光束的装置。也被称为半导体二极管激光器，其特殊结构使得激光二极管成为电路建造者创建电路内直接光源的常用选择。

激光二极管能够提供不同波长输出，并且在某些情况下能够产生红外光，与LED等替代品相比，这些装置具有独特的优势。本指南将详细解释激光二极管是什么，以及激光二极管的构造如何赋予它们特殊的优势。

激光二极管的特殊结构是其工作原理的关键。激光二极管的中心是一个p-n结，它是n型半导体层和p型半导体层之间的空间。此结的存在意味着电流只能单向流动（即正向偏置）。

这些材料通常是掺有铝、硅、硒或铟的砷化镓。p型层具有更多的负电荷粒子，而n型部分则充满电子。

这些层的末端是具有反射性的表面，其中一个是完全反射的，另一个是部分反射的。

这意味着当将电流供给激光二极管时，将发生以下过程：

• 自由电子从n型层移动到p型层
• 其中一些电子将与负电荷粒子结合并刺激它们
• 这种刺激导致它们的能级增加，释放出光子（光能）
• 这些光子又与更多的电子结合，导致更大的刺激和进一步的光子产生
• 这种光能在两个反射层之间反射，从而使激光二极管释放出强光束

尽管LED和激光二极管通常被归类为半导体器件，但在电路设计时需要考虑它们之间的关键区别，包括：

• 激光二极管产生的高光学增益源于内置谐振腔的存在，防止光线从器件中逃逸。这意味着产生的光束比LED更强大。
• LED光通过自发辐射产生，无需提供电流即可进行。它也产生较低的光输出，因为没有像激光二极管中那样通过光子的刺激而造成额外的增益。
• 激光二极管产生的光是在波长上一致且单向的，而LED产生的光可以包含各种颜色。

因此，如果电路设计师希望高效地产生强光束，则激光二极管将是理想的选择。然而，如果电路只需要低水平的光，且没有特定的或定期的波长要求，LED将是更经济的选择。

p-n结两端的反射层意味着释放的光子数量与释放和激发的电子数量成正比，而电流只能在二极管中单向流动。产生的每个光子的能量水平也是相同的。

这意味着激光二极管产生的光的波长是一致的（也称为相干性）。因此，激光二极管产生的光的颜色与其波长直接相关。波长通常以纳米（nm）为单位进行测量。

需要注意的是，激光二极管的连线方式因具体类型和应用而异，但通常的步骤（在佩戴适当的个人防护装备的情况下）包括：

1. 确定所使用激光二极管的电压和电流要求。这些通常在制造商的规格中列出。
2. 选择提供二极管所需电压和电流的电源。您可能需要使用限流电阻或驱动电路来确保电流受控制，不超过二极管的最大额定值。
3. 使用导线或PCB将电源连接到激光二极管。确保极性正确，并且导线连接牢固。如果需要，添加散热器或冷却系统以防止激光二极管过热。
4. 使用功率计或示波器测试激光二极管，确保其在规定的参数范围内运行。