为了满足荧光显微镜技术对多波长单模耦合输出激光的需求，研究了400~680 nm内多波长激光耦合进单模光纤的技术，设计了三片式耦合透镜组很好地消除了不同波长耦合时的色差以提高耦合效率，同时考虑光纤耦合调试难度大的问题，设计了能快速简单完成耦合调节的耦合光纤部件结构以及耦合调试的方法，通过实验测试荧光成像常用的4种波段激光（405，488，561，638 nm），耦合效率均大于65%。实验结果达到了较高的光纤耦合水平，证明该多波长激光耦合器性能优异。同时，由于耦合器装调简单且成本低，本文的工作具有进一步商业化的价值，且为多波长单模耦合激光器国产化打下了坚实的基础。

常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中，增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2，以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL），并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构，利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔，利用有源区增益谱较窄的特点，通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠，从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距，即显著提高了激光器中增益区域的长度，从而降低阈值并提高功率特性。实验上，作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器，单模激射的频率为2.7 THz，边模抑制比达到25 dB，该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。

基于锑化物的带间级联激光器同时具有带间跃迁的高增益和级联结构的高量子效率，是中红外波段重要的相干光源，其功耗低于其它中红外半导体激光器，因而单模带间级联激光器在基于激光吸收光谱技术的高分辨气体检测和化学传感等领域具有很大的优势。目前利用Bragg光栅实现波长选择的单模分布反馈带间级联激光器已经实现商品化，但是，与同样有源区结构的Fabry-Pérot腔带间级联激光器最高600 mW的出光功率相比，单模功率最高55 mW，损耗较大。对几种不同结构的分布反馈带间级联激光器的性能进行对比分析，探讨这类单模中红外激光器损耗的主要来源以及改进思路。此外，介绍了垂直腔面发射和光子晶体带间级联激光器的进展，并与分布反馈带间级联激光器的性能进行比较，讨论其优缺点及适用的场景。

铌酸锂薄膜光子集成技术在高速光电子领域不断凸显，被广泛用于各种片上功能实现，如电光调制、光频梳、滤波器、非线性光学频率转换器、非线性量子光源、激光器等。在铌酸锂薄膜光子集成技术发展过程中，目前面临的一个重要的技术瓶颈就是铌酸锂薄膜纳米波导与单模光纤的高效耦合。针对这一问题，设计了一种基于SiO₂、SiON锥形结构以及双层铌酸锂锥形结构的模斑转换器，实现铌酸锂薄膜纳米波导与单模光纤之间模式和能量的高效传递与转换。采用三维有限差分光束传播法对器件结构进行了模拟仿真，并优化了结构参数，可实现与铌酸锂薄膜波导与单模光纤的高效耦合，耦合效率在82.2%~89.0%之间，同时，得到了±1.8 µm光纤耦合对准容差，可为下一步制备出高效耦合的铌酸锂薄膜光子器件提供参考。