激光二极管（Laser Diode，简称LD）是把电能直接转换成相干光输出的半导体器件，它被广泛地用于激光打标、切割、测距以及光通信等领域。其工作原理可以分为三个主要部分，即电注入、受激辐射和谐振腔反馈。
一、电注入与粒子数反转
激光二极管用PN结结构来实现电流的定向输送，采用砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等直接带隙半导体材料，在P型和N型层之间设置有源区（量子阱）。当对PN结加正向偏压时，电子由N区、空穴由P区持续注入到有源区内，使高能级载流子数量大于低能级载流子数量形成粒子数反转。这是产生激光的前提，也是区别于普通LED的本质。为了降低阈值电流，在现代器件中一般采用双异质结或者量子阱结构来把载流子和光子有效地约束在非常薄的有源区内。
二、受激辐射
处于粒子数反转状态的电子，在受到光子刺激时跃迁回低能级，同时释放出一个与入射光子频率、相位、方向完全相同的新光子，这一过程称为受激辐射。受激辐射产生的光子可以引发链式放大，并且彼此高度一致；而LED的自发辐射光子相位随机、方向各异，因此无法形成激光。
三、谐振腔与光反馈
有源区两端经过解理面镀膜得到法布里-珀罗（F-P）谐振腔，一端是高反射膜（反射率约为99%），另一端是部分透射膜（反射率约为30%）。光在腔内来回振动，多次穿过有源区被不断放大，并且只有波长和腔长相匹配的光才能稳定地震荡出激光。
四、阈值电流与工作特性
当注入电流小于阈值电流时，器件只发出微弱自发辐射，并且像LED一样；电流超过阈值之后，则受激辐射迅速占主导地位，并且输出功率与电流呈近似线性关系增长。实际应用中要配合恒流驱动和TEC温控来防止结温过高引起阈值电流漂移、波长红移以及功率下降。
相比气体、固体等激光器，激光二极管体积小、效率高、寿命长，并且可以直接电调制，是目前使用最广泛的半导体激光光源。调整材料组分及结构也可以实现从紫外到红外的宽波段覆盖，满足各种场景的需求。
