为了实现高纯度脉冲柱矢量光的输出，提出并搭建基于对称双模耦合器的波长可切换的被动锁模柱矢量全光纤激光器。根据光纤传输原理得到基模向高阶模转换的折射率匹配直径，运用模式耦合模理论及光束传播法模拟分析了对称双模耦合器的结构参数对模式选择及耦合特性的影响，采用熔融拉锥法并免去传统的模式选择耦合器制作上的预拉锥工艺制作了对称双模耦合器，通过搭建一套被动锁模柱矢量全光纤激光器实现了中心波长1 039 nm和1 068 nm可切换、脉冲时间间隔为113.8 ns、重频为8.78 MHz、脉宽660 ps/656 ps、最大输出平均功率为5.25 mW/5.2 mW、模式纯度大于97%的柱矢量光输出。实验验证了对称双模耦合器的可行性，为后续高纯度柱矢量光的获得提供一种可行的方案。

半导体激光阵列无输出耦合镜外腔光谱合束技术利用光栅的0级和1级衍射光束反馈实现发光单元的波长锁定，避免了0级和1级衍射光束的转储和浪费，可以获得高的合束效率。因此，0级和1级衍射光束的反馈量高低就会决定外腔波长锁定的稳定性，进而影响合束后光束质量的高低甚至光谱合束的成败。针对此种结构，理论研究了两外腔长度、望远镜滤波结构及 "Smile"效应对0级和1级衍射光束反馈效率的影响，结果表明：（1）外腔长度会影响反馈功率以及串扰程度；（2）望远镜滤波结构可以有效滤除大偏角杂散光束以及使光束正确反馈回原发光单元；（3）"Smile"效应的程度对反馈效率以及输出光束质量影响尤为严重，需要采取措施进行抑制。

为提高星模拟器光源系统光谱匹配精度，首先设计并搭建了基于数字微镜的星模拟器光源系统；其次，根据按波长标定的区域光谱进行遗传算法的光谱拟合，结果表明该方案拟合光谱与目标光谱存在一定匹配误差；最后，为提高光谱匹配的精度，提出了按波长和能量二维划分区域的误差反馈及精度提升方法。实验模拟了色温为2550、4766、6576、8910 K 光源，结果表明相较于波长方向一维划分的反馈方法，光谱匹配最大误差分别下降了55.7%、50.6%、45.2%、42.2%，极大地提升了星模拟器光源系统的光谱匹配精度。该研究旨在补偿该类色温匹配误差所引入的星敏感器角检测误差，达到高精度星敏感器的定标精度要求。

质子注入参数对注入型垂直腔面发射激光器（Vertical cavity surface emitting laser, VCSEL）的电流限制孔径位置及电流限制效果具有较大影响。文中从质子注入的能量和剂量及其相互作用对VCSEL电流限制孔径的影响规律及机制出发，通过理论模拟分析了注入参数对质子分布及注入区电阻值的影响。在此基础上，采用VCSEL外延片进行了质子注入实验研究。实验结果和理论分析均表明：注入区电流隔离效果及质子分布受注入能量和剂量共同调控。当注入参数为320 keV、8×10¹⁴ cm⁻²时，经430 ℃、30 s退火后可得到结深约0.7 μm，平均射程距有源区约1.3 μm，电阻值达4.6×10⁷ Ω∙cm²的质子注入区。使用该参数制备的VCSEL器件实现了较好的激光激射，证明该质子分布不仅可避免VCSEL有源区损伤，而且能实现较好的电流隔离效果，满足VCSEL电流限制孔径的制备要求。研究结果对质子注入型VCSEL的芯片结构及工艺优化具有重要指导意义。

为解决现有点阵结构光投影装置中准直透镜会导致较强的零级衍射而造成投影点阵光强分布不均匀的问题，提出了一种基于底发射垂直腔面发射激光器的片上点阵光投影装置结构，并给出了衍射光学元件设计思路。首先对目标光场进行光强调整和坐标变换，在无准直透镜情况下利用基于瑞利-索末菲衍射积分的Gerchberg-Saxton改进算法获得片上衍射光学元件的相位分布，并最终对该点阵投影装置的投影效果进行评估。结果表明：在衍射光学元件设计过程中采用高斯光束作为光源时，该结构能更好地抑制零级衍射，获得光强分布更加均匀的投影点阵。此外，该结构不仅可省去透镜的安装，减小投影装置尺寸，还可通过流片工艺实现光源和衍射光学元件一体化集成。