如今，人们对研究耦合腔面发射激光器结构的兴趣逐渐增加。这种结构通过向主腔施加调制电的同时向每个反馈腔施加直流电来实现带宽提升。然而，单独驱动主腔对器件性能的影响尚未得到深入研究。为了更全面地了解耦合腔激光器，我们设计并制备了边长为30 μm×30 μm的方形横向耦合腔VCSEL，并研究了在方形横向耦合腔中单独驱动主腔时器件性能的变化。室温下，-3 dB带宽达30.1 GHz，在非归零调制下，在背对背传输速率40 Gbit/s时获得清晰的眼图，相对强度噪声值为-160 dB/Hz。证明了反馈腔在不加驱动的条件下仍会对主腔的性能提供正向作用。设计的TCC-VCSEL器件只需要一个电源驱动，使其适用于高密度集成，为封装集成应用提供了新的思路。

1 550 nm垂直腔面发射激光器具有良好的人眼安全性和透射性，但实现其高效率和高功率输出一直是难以解决的问题。以1 550 nm氧化限制型垂直腔面发射激光器为研究目标，对不同结构、不同氧化孔径与输出特性关系进行仿真分析。随着氧化孔径增加，垂直腔面发射激光器芯片的激射波长发生红移现象，但氧化孔径从14 μm继续增大时，激射波长几乎不红移。对两种不同氧化限制结构的芯片进行仿真，输出功率和转换效率对比结果表明单氧化层结构性能更好。在设计多结垂直腔面发射激光器时考虑有源区之间是否增加氧化层，最终发现两种氧化限制结构均在9 μm孔径时具有较高的输出功率，单层结构100 mA时的输出功率约为177.55 mW，同时斜率效率也高达1.79 W/A，最大功率转换效率为10 μm孔径时的37.7 %，多层结构斜率效率更高达2.36 W/A。氧化限制型结构在多结垂直腔面发射激光器基础上进一步提升功率、效率等参数，可为高功率1 550 nm垂直腔面发射激光器的输出特性优化提供参考。

提出了一种光子晶体反射镜作为垂直腔面发射激光器的P面反射镜，并分析了其反射特性。为了设计在850 nm波段具有高反射率和宽带宽的光子晶体反射镜，采用三维时域有限差分法对光子晶体反射镜的结构参数进行计算优化。结果表明，当二维光子晶体结构的气孔半径为84 nm，周期为212 nm，高度为90 nm时，对应TE光学模式的高反射率（R≥99.5%）带宽为106 nm，与中心波长之比为12.5%；同时对于TM光学模式的反射率低于80%，具有较宽的偏振选择性。并且光子晶体反射镜薄，串联电阻小，没有氧化物引入的电阻和应力问题。因此，提出的新型光子晶体反射镜可替代传统垂直腔面发射激光器的P型分布布拉格反射镜，提供高反射率和宽带宽，并提高器件的光电性能。

氧化型垂直腔面发射激光器（VCSEL）在数据通信等领域具有广泛的应用，然而氧化型VCSEL是一种静电敏感型器件，静电放电(ESD)是导致其失效的主要原因之一，并且器件失效后很难判断问题的原因。本文对氧化型VCSEL进行了包括人体模式(HBM)、机器模式(MM)和元件充电模式(CDM)3种不同的ESD模式和过度电应力(EOS)冲击，以分析其具体失效原因。其中，在HBM模式中研究了不同极性的电压冲击对应的失效特征，然后分别采用反向I-V、正向L-I-V测试、发光显微镜（EMMI)和透射电子显微镜(TEM)等手段进行表征。结果表明，不同ESD模式表现出截然不同的损伤电压阈值，氧化型VCSEL容易遭受HBM和MM损伤，而对CDM模式不敏感。研究发现和ESD失效关联的特性及缺陷特征包括反向漏电增加、出光功率衰减、EMMI亮点等，而TEM作为最为直接有效的分析手段，不同ESD模式表现出不同的缺陷大小和位置等性质。这些研究结果有助于区分ESD故障和其它故障机制，并且能够精确地判断出引起失效的具体ESD模式，具有重要的意义。

垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）具有可调控的光斑形貌、易于二维集成、窄光谱宽度、尺寸小等独特优势，尤其是VCSEL激光器高的波长温度稳定性与无腔面损伤特性，在工作温度要求苛刻的高温环境下具有极为优秀的工作表现。介绍了VCSEL激光器的结构原理，对VCSEL激光器在高温工作时激光腔模与增益的温度稳定特性进行了分析。对量子精密测量碱金属原子泵浦高温VCSEL激光器进行分析，并对其国内外发展历程与进展现状进行了介绍；分析数据中心能耗问题带来的高温高速VCSEL激光器需求，并对850 nm与980 nm两个波段的高温高速VCSEL发展历程进行了介绍；最后对高温工作VCSEL激光器未来的发展方向进行了总结展望。