通过理论仿真和实际制备测试, 分析比较了基于非对称量子阱结构(10nm厚和6nm厚的量子阱组合)的光放大芯片与对称量子阱结构(10nm厚量子阱)的光放大芯片的性能。两种结构的理论模式增益同最终实测值符合较好。最终光谱测试结果显示, 对称量子阱结构的光放大芯片存在基态增益饱和的现象, 在大电流注入情况下, 激态跃迁占据优势, 从而造成光谱宽度急剧下降。而非对称量子阱结构的光放大芯片的光谱宽度随着注入电流的增加不断拓宽, 在600mA下实现199.7nm光谱带宽, 覆盖S+C波段。由此可见, 非对称量子阱结构更有利于实现高功率、宽光谱的光放大芯片。

应用于掺镱(Yb)光纤激光器的半导体可饱和吸收镜(SESAM)需要具有较高的调制深度，即将较厚的砷化铟镓(InGaAs)材料作为吸收层。然而，InGaAs材料与砷化镓(GaAs)衬底之间的大失配，导致过厚的InGaAs材料质量极易恶化，影响锁模效果。因此，优化的外延结构设计和高质量的外延材料成为研制高性能SESAM的关键。本文设计了吸收层InGaAs材料总厚度分别为150 nm和300 nm的两种应变补偿多量子阱(MQW)结构的SESAM，利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)方法进行外延材料生长，采用光致发光光谱仪、高分辨X射线衍射仪和分光光度计对外延材料特性进行表征，优化外延材料生长参数。将研制的两种SESAM应用到线型腔掺Yb光纤激光器中，实现稳定锁模的泵浦功率分别为130 mW和120 mW，输出激光脉宽分别为18.3 ps和9.6 ps。实验结果表明，吸收层InGaAs材料厚度为300 nm的SESAM更容易实现稳定锁模并获得脉宽较窄的激光脉冲输出。

设计并制备了一种斜条脊波导结构压应变高偏振度多量子阱超辐射发光二极管。设计的脊波导出光面TiO2/SiO2四层宽带增透膜的TE模式反射率约为10-6, 分析了脊波导角度偏差和膜层厚度偏差对增透膜反射率的影响。实验结果表明, 在250mA直流电流驱动下, 所设计的超辐射发光二极管芯片单管输出功率可达22.7mW, 出射光谱FWHM约为37.3nm, 光谱纹波系数低于0.15dB, TE模式输出光强占主导, 偏振度约为19.2dB。

为了比较简单地在同一外延片上得到具有不同带隙结构的有源器件与无源器件的PIC (光子集成电路)和OEIC(光电子集成电路), 采用等离子诱导QWI(量子阱混杂)与RTA (快速热退火)技术获得了InP/InGaAsP结构材料的带隙蓝移, 其中通过在材料表面沉积不同占空比的SiO2灰度掩膜来灵活控制带隙偏移量。实验中这种方法在基片上获得了5种带隙波长, 其中最大波长偏移为75 nm, 实验结果说明这种技术是实现PIC和OEIC的有效手段, 特别是在多带隙结构中具有广阔的应用前景。

通过二元系和三元系结构参数计算四元系量子阱结构的晶格常数、禁带宽度等，设计了InGaAsSb/AlGaAsSb结构的MBE生长参数及工艺，利用X射线双晶衍射和PL谱研究了InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构特性和光学特性。X射线双晶衍射谱中出现了8条卫星峰，表明制备的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构具有良好的结晶质量。利用光致发光光谱方法对制备的样品的光学性质进行了表征，结果表明，不同组份的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱的发光峰波长随组份的变化在1.6～2.28 μm范围内可调，样品PL谱的半峰宽最窄可达22 meV。

研究了NaK(1 3Π)和He间的振动能量转移。 脉冲（泵浦）激光激发自旋禁戒跃迁1 3Π←1 1Σ+， 得到亚稳电子态1 3Π的很高振动态ν＝22, 21, 20， 利用激光感生荧光（LIF）探测1 3Π(ν)的弛豫过程， 由时间分辨LIF的对数描绘得到振动态的有效寿命， 从不同He密度下的有效寿命利用Stern-Volmer公式得到振动能级总的弛豫率， 对于ν＝22, 21, 20， 速率系数（10-11 cm3·s-1）分别为1.4±0.1， 1.2±0.1和1.0±0.1。 速率系数随v的增大而增加。 泵浦激光激发ν＝22态， 检测激光分别检测ν＝22, 21和20态的布居数分布， 改变检测激光与泵浦激光之间的延迟时间， 测量LIF的相对强度随时间的演化， 从而得到积分布居数密度比， 从三粒子速率方程组， 得到ν＝22→21和ν＝22→20转移速率系数（10-11 cm3·s-1单位）分别为0.67±0.15和0.49±0.22。 单量子弛豫（Δν=1）占ν＝22总弛豫率的48%， 多量子弛豫（Δν>1）在高位振动态弛豫过程中是重要的。

研究了具有InGaN/GaN超晶格(SL)插入结构的绿光InGaN/GaN多量子阱(MQW)的发光特性。结构测试表明, SL插入结构并没有引起MQW中平均In组份的增加, 而是改变了In组份的分布, 形成了高In组份的量子点和低In组份量子阱。其电致发光(EL)谱和光致发光(PL)谱均出现了双发光峰。我们认为这两个峰分别来自于量子点和量子阱, 且存在着载流子从阱向点转移的输运机制。最后变温PL积分强度的Arrhenius拟合表明, SL插入结构并没有在MQW中引入新的缺陷, 使其发光效率下降。

为了实现高显色指数和流明效率的白光发光二极管,在(0001)蓝宝石衬底上利用金属有机化学气相沉积系统,生长了双波长发射的InGaN/GaN多量子阱发光二极管结构.通过对不同In组分含量的双波长发射发光二极管结构的光致发光和电致发光性能进行分析，结果表明In组分含量对双波长发射发光二极管的光致发光谱的稳定性及发光效率有重要影响.此外，用双蓝光发射的芯片来激发YAG:Ce荧光粉实现了高显色指数白光发射.

针对常见的GaSb衬底的InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱结构进行了设计和外延生长。样品通过X-射线测试, 有多级衍射卫星峰出现, 表明量子阱结构的均匀性和界面质量较好, 引入AlSb缓冲层可以降低衬底与外延层之间的界面自由能, 使AlSb起到了一个滤板的作用, 抑制了位错的扩散。光荧光谱测试表明, 室温下量子阱结构中心发光波长在2.3 μm附近。