半導體激光器的核心工作原理，是依托電子在半導體材料中的能帶躍遷來實現(xiàn)發(fā)光。當電子從高能態(tài)的導帶落至低能態(tài)的價帶時，會釋放出能量，形成光子。此過程即為半導體的輻射躍遷。此類材料分為直接帶隙和間接帶隙兩種，其中，如砷化鎵等直接帶隙材料，由于其輻射躍遷幾率高，因此發(fā)光效率更優(yōu)。

半導體激光器的結構通常包括同質(zhì)結、單異質(zhì)結與雙異質(zhì)結等類型。在室溫下，同質(zhì)結和單異質(zhì)結激光器多作為脈沖工作模式，而雙異質(zhì)結激光器則能在室溫下持續(xù)工作。這些設備的激勵方式包括電注入、電子束激勵及光泵浦。

在半導體激光器中，粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生激光的一個關鍵條件。這種狀態(tài)是通過從P型和n型側向有源區(qū)注入大量載流子來實現(xiàn)的，使得導帶中的電子數(shù)量超過價帶，形成粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。此外，半導體激光器的諧振腔，即由兩端反射鏡構成的法布里-珀羅腔，通過高增益來補償光損耗，從而維持光振蕩并產(chǎn)生激光。

關于半導體激光器與光纖激光器的差異，最明顯的是它們所用的介質(zhì)材料。光纖激光器使用的是光纖作為增益介質(zhì)，而半導體激光器則使用諸如砷化鎵這樣的半導體材料。半導體激光器主要通過電激勵進行直接的電光轉(zhuǎn)換，而光纖激光器則通常需要外部激光二極管泵浦來實現(xiàn)光光轉(zhuǎn)換。此外，兩者在散熱性能、主要特性及應用領域也存在顯著不同。例如，光纖激光器常用于激光通信和工業(yè)加工，而半導體激光器則廣泛應用于激光測距、雷達和通信等多個領域。

半導體激光器具備多個優(yōu)勢，包括體積小、重量輕、運轉(zhuǎn)可靠、耗電少以及高效率等，使其在現(xiàn)代光電領域中扮演了極其重要的角色。