单片集成式主振荡功率放大器（MOPA）具有体积小、功率大、光束质量高等优势，通过集成布拉格光栅，还能够实现窄线宽和动态单模，在倍频、泵浦、光通信和传感等领域具有重要应用价值，是近年来半导体光电子器件的研究热点。本文梳理了单片集成式MOPA的主流结构，包括锥形、脊型、布拉格光栅型和三段式MOPA，以各自的工作原理和性能特征为出发点，介绍其主要的研究方向，并结合它们各自面临的问题介绍最新的发展趋势。针对单片集成式MOPA中普遍存在的高功率下光束质量退化的问题，梳理了近年在外延层结构、腔面光学薄膜和电极设置等方面的优化设计，重点总结了单片集成式MOPA在提高光束质量及高功率、容线宽及高亮度方面的重要进展。围绕不同领域的应用需求，整理了具备高功率、窄线宽、高光束质量和高亮度等性能特征的单片集成式MOPA的研究进展，最后展望了单片集成式MOPA的发展趋势。

腔面光学薄膜是光纤光栅外腔激光器（ECL）的关键结构，平面波方法（PWM）被广泛应用于腔面光学薄膜的设计，然而该设计在ECL中的实际应用效果往往并不理想。本文在使用PWM方法时通过时域有限差分法分析其中的原因，并考虑腔面尺寸和结构影响。仿真结果显示，PWM设计存在反射率差和反射曲线偏移等问题，实际的反射特性显著偏离设计值。因此本文重点优化了薄膜设计，并采用磁控溅射工艺镀膜。测量结果显示，优化后增透膜的反射率降低了30%，高反膜反射率增至96%以上，所制备的ECL的光纤输出功率超过650 mW。本文研究结果为ECL和其他半导体光电子器件的腔面光学薄膜研制提供了参考。

近年来，基于薄膜铌酸锂（TFLN）平台的高性能电光调制器以其小体积、低能量损耗等特点受到广泛关注。本文提出了一种新的具有垂直电极结构的Y波导铌酸锂薄膜电光调制器。研究了调制器的半波电压与缓冲层厚度之间的关系，优化了Y波导的设计参数，最后设计得到插入损耗<5 dB，半波电压<1.5 V的高性能调制器。本文不仅为基于TFLN平台的小型化波导的设计和实现提供了思路，而且为制造高性能和多功能的电光调制器提供了实验依据。