De laserdiode is in wezen een halfgeleiderdiode. Al naargelang het PN-junctiemateriaal hetzelfde is, kan de laserdiode worden onderverdeeld in een homojunctie, een enkele heterojunctie (SH), een dubbele heterojunctie (DH) en een kwantumput (QW) laserdiode. Quantum well-laserdiodes hebben de voordelen van een lage drempelstroom en een hoog uitgangsvermogen en zijn de belangrijkste producten op de markt. In vergelijking met lasers hebben laserdiodes de voordelen van hoge efficiëntie, kleine afmetingen en een lange levensduur, maar hun uitgangsvermogen is klein (doorgaans minder dan 2 mW), lineariteit en monochromaticiteit zijn niet goed, dus hun toepassingen in kabeltelevisiesystemen worden beïnvloed. Zeer beperkt, kan geen meerkanaals, hoogwaardige analoge signalen verzenden. In de retourmodule van de bidirectionele optische ontvanger gebruikt de uplink-transmissie in het algemeen een kwantumbronlaserdiode als lichtbron.
Een halfgeleiderlaserdiode, een paar parallelle vlakken loodrecht op de PN-overgang, vormt een Fabry-Perot-holte, die het splitsingsvlak van het halfgeleiderkristal of een gepolijst vlak kan zijn. De andere twee zijden zijn relatief ruw om de laserwerking in andere richtingen in de hoofdrichting te elimineren.
Lichtemissie in halfgeleiders is typisch het gevolg van de recombinatie van dragers. Wanneer de PN-overgang van de halfgeleider wordt toegepast met een voorwaartse spanning, wordt de PN-overgangsbarrière verzwakt, waardoor elektronen worden geïnjecteerd vanuit het N-gebied door de PN-overgang naar het P-gebied, en gaten worden geïnjecteerd vanuit het P-gebied door het PN junctie in het N-gebied, en deze worden geïnjecteerd nabij de PN-junctie. De evenwichtselektronen en gaten zullen recombineren om fotonen met golflengte λ uit te zenden, die de volgende formule hebben:
λ=hc / bijv. (1)
h - Planck-constante; c - snelheid van het licht; Bijv. - de verboden bandbreedte van de halfgeleider.
Het bovengenoemde fenomeen van luminescentie als gevolg van spontane recombinatie van elektronen en gaten wordt spontane emissie genoemd. Wanneer de fotonen die door spontane emissie worden gegenereerd door de halfgeleider gaan, kunnen ze, zodra ze door de geëmitteerde elektron-gatparen gaan, worden geëxciteerd om te recombineren en nieuwe fotonen te genereren, die de geëxciteerde dragers ertoe aanzetten om te recombineren en nieuwe fotonen uit te zenden. Het fenomeen wordt gestimuleerde straling genoemd. Als de injectiestroom groot genoeg is, wordt een draaggolfverdeling gevormd die tegengesteld is aan de thermische evenwichtstoestand, dat wil zeggen het populatiegetal wordt omgekeerd. Wanneer de dragers in de actieve laag zich in een groot aantal omkeringen bevinden, genereert een kleine hoeveelheid spontaan gegenereerde fotonen inductieve straling als gevolg van wederzijdse reflectie aan beide uiteinden van de resonantieholte, wat resulteert in een positieve terugkoppeling van de frequentieselectieve resonantie, of versterking voor een bepaalde frequentie. Wanneer de versterking groter is dan het absorptieverlies, kan een coherent licht met een goede spectraallijn, de laser, worden uitgezonden door de PN-overgang, wat het eenvoudige principe is van de laserdiode.