2 μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台，对2 μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐，对单个微加热器施加3.2 V电压时，调谐范围可达66 nm（1967~2033 nm）。

持续的新型冠状病毒肺炎疫情大流行下，世界各国亟需可在空气中灭活细菌病毒的新方法。典型的杀菌紫外线波长为254 nm，但该辐照对人体细胞有害。有研究表明，200～230 nm远紫外线能灭活病原体，且对人体细胞无害。目前通常采用准分子灯发射的远紫外线来灭活细菌病毒。激光能实现远距离传输，在远距灭菌消毒领域可弥补准分子灯光源的不足。本文采用自主研制的全固态228 nm远紫外脉冲激光作为光源，在2 mJ/cm²和6 mJ/cm²低剂量照射下对大肠杆菌和芽孢杆菌的灭活率均高达100%。该实验结果表明，228 nm 远紫外脉冲激光具有较强的抗菌特性。

具有高功率及高亮度激光特性的锥形半导体激光器在激光加工、自由空间通信、医疗等领域具有广泛的应用前景。本文基于广角差分光束传播法(WA-FD-BPM), 对980 nm锥形半导体激光器进行了仿真模拟, 详细分析了不同结构参数(脊形区刻蚀深度、锥形角度、不同脊形区/锥形区长度比、锥形区刻蚀深度、前腔面反射率)对器件光束质量和P-I-V特性的影响。分析认为, 锥形区波导的几何损耗是导致器件斜率效率降低的主要因素, 光泵浦效应是影响锥形激光器光束质量变差的重要因素, 可通过降低器件的前腔面反射率来改善光束质量。研究结果可为锥形激光器的性能优化提供参考。

采用三镜折叠V型谐振腔、声光调Q技术和三硼酸锂(LBO)晶体，对二极管端面抽运Nd∶YVO₄的914 nm基频光进行腔内倍频，实现了457 nm激光输出，利用I类相位匹配偏硼酸钡(BBO)晶体对457 nm蓝光进行腔外倍频，获得了228.5 nm深紫外激光。当抽运功率为17 W时，获得了平均功率为10 mW的228.5 nm深紫外激光输出，脉冲宽度为64.26 ns，重复频率为10 kHz。2 h内的激光输出稳定度为±2%。

为了抑制宽条形半导体激光器的热透镜效应, 提高慢轴光束质量, 本文提出并制作了一种微热通道电极结构激光器。该芯片p面注入区电极处被设计为较厚的高热导率的电极结构, 封装后激光器两侧与热沉之间形成空气间隙, 抑制激光器有源区横向热流, 使激光器内温度分布均匀, 有效地降低慢轴发散角。对该激光器的封装模型进行了稳态热分析, 优化了微热通道电极结构的厚度和宽度, 并制作了波长为940 nm的微热通道电极结构激光器。测试结果表明, 在注入电流为2 A时, 微热通道电极结构激光器的发散角相对于普通电极结构激光器降低了24%, 有效地降低了激光器慢轴光束发散角。

为了研究温升对915 nm宽条形应变量子阱半导体激光器输出特性的影响, 搭建了基于半导体制冷片(TEC)的双向温控平台对其进行了测试。首先, 改变激光器的外表面温度, 测量其在不同注入电流时的光功率和波长, 并利用CCD相机测量其慢轴发散角。然后, 利用计算机仿真软件对激光器的工作状态进行稳态模拟, 从而获得了其对应的热分布情况, 通过将模拟得到的数据与实验测量的结果进行比较, 获得了两者趋于一致的结论: 当热功率从2.1 W升高至20.0 W时, 慢轴发散角从2.6°增大至5.0°, 同时波长发生红移, 热透镜焦距减小; 激光器波长随温度变化关系的系数约为0.4 nm/℃, 器件热阻为1.5 K/W。因此, 为了同时获得高的输出功率和稳定的输出波长,有必要将激光器外表面温度精确控制在某一数值, 否则波长将会发生漂移; 此外, 在设计制作高功率半导体激光器时, 通过适当增加条宽并采用散热良好的封装结构, 可以减小对慢轴发散角的影响。

采用反射型体布拉格光栅作为反馈元件构成红光外腔半导体激光器, 对器件输出光特性进行了实验研究。重点研究了体布拉格光栅的位置对红光外腔半导体激光器远场特性的影响。实验结果表明, 减小体布拉格光栅与激光器芯片之间的距离可提高激光器的锁模效果, 窄化光谱, 并且改善慢轴方向的光束发散角。使用衍射效率为20％的体布拉格光栅, 可将半导体激光器的输出波长稳定锁定在634 nm附近, 光谱线宽压缩至0.7 nm左右, 输出功率可达1.06 W。