Diod Laser một loại Laser có cấu tạo tương tự như một Diode. Nó có môi trường kích thích là chất bán dẫn dạng p-n nối tiếp của Diode. Diode Laser hoạt động gần giống với Diode phát quang. Nó cũng được gọi là đèn Diode nội xạ và được viết tắt là LD hay ILD.
Khi ống Diode được kích ứng, ví dụ như được đặt dưới hiệu điện thế, các lỗ trống trong phần bán dẫn loại p chuyển qua phần bán dẫn loại n và các electron trong phần bán dẫn loại n sang phần bán dẫn loại p. Khi các electron gặp các lỗ trống, chúng tái hợp với nhau và rới xuống mức năng lượng thấp (và bền) hơn, giải phóng năng lượng dư thừa qua photon với năng lượng bằng với chênh lệch năng lượng trong và ngoài lỗ trống. Trong điều kiện thích hợp, các electron và các lỗ trống có thể cùng tồn tại trong cùng một diện tích trong một khoảng thời gian (tính trên phần triệu giây)
trước khi chúng tái hợp. Nếu photon có cùng tần số được phát ra trong khoảng thời
gian trên, nó sẽ kích thích sự phát xạ ra photon mới, cùng một hướng, cùng độ phân cực và đồng pha với photon đầu tiên.
Quá trình bức xạ kích thích sẽ chỉ trội hơn quá trình hấp thụ nếu nồng độ hạt của các trạng thái kích thích lớn hơn nồng độ hạt của các trạng thái cơ bản. Điều kiện này được gọi là sự đảo mật độ chiếm giữ trong chất bán dẫn. Trong Diode Laser, sự đảo mật độ chiếm giữ xảy ra trong trường hợp các hạt dẫn đa số khuếch tán ồ ạt qua tiếp xúc P-N. Điều này chỉ xảy ra khi dòng điện thuận qua Diode phải vượt quá trị số dòng điện ngưỡng như chỉ ra ở hình 2.2. Hình 2.2 biểu thị sự phụ thuộc của công suất phát của Laser vào dòng điện chạy qua Diode.
Trong thông tin quang, các Laser phải bức xạ ra ánh sáng thuộc 3 cửa sổ công tác của sợi quang là λ = 850 nm, 1300 nm, và 1550 nm. Vật liệu bán dẫn thường được
chọn trên nền GaAs. Chất Galium Arsenic cho bức xạ ở nhiệt độ 3000K với λ = 900
nm, muốn có bức xạ λ = 800 nm ta cần phải thay đổi độ rộng vùng cấm của nó bằng
cách pha thêm nhôm vào để có chất bán dẫn GaAlAs. Để có bức xạ bước sóng từ λ = 1200 nm đến 1600 nm thì sử dụng hợp chất 4 thành phần InGaAsP.
Bức xạ kích thích trong Laser bán dẫn được sinh ra bên trong một buồng cộng hưởng Fabry- Perot. Hình 2.3 mô tả một cấu trúc cơ bản của hầu hết các loại Diode Laser. Tuy nhiên hốc cộng hưởng rất nhỏ, kích thước chiều dài khoảng từ 250µm đến 500µm, chiều rộng khoảng từ 5µm đến 15µm và bề dày khoảng từ 0,1µm đến 0,2µm. Các kích thước này được gọi chung là kích thước chiều dọc, cạnh bên và chiều ngang của buồng cộng hưởng.
Hình 2.3 Cấu trúc của một Diode Laser với buồng cộng hưởng Fabry- Perot
Trong buồng cộng hưởng Fabry Perot của Diode Laser, có một bộ phận các gương phản chiếu được định hướng. Các mặt gương được tạo ra bằng 2 mặt chẻ tách tự nhiên của tinh thể bán dẫn (mặt 110). Mục đích của các gương này là để cung cấp sự hồi tiếp quang theo hướng chiều dài, và sẽ biến cấu kiện thành một máy phát với hệ số
tăng ích để bù lại sự tổn thất quang trong buồng cộng hưởng. Cấu kiện sẽ phát ra ánh sáng tại các tần số cộng hưởng mà tại đó hệ số tăng ích của nó đủ để vượt qua được sự mất mát. Các cạnh bên của buồng cộng hưởng được hình thành bởi các cạnh thô, xù xì của cấu kiện để hạn chế các bức xạ không mong muốn trong các hướng này.