双波长激光器腔内模式竞争激烈，因此输出模式的稳定性是双波长激光器的关键参数。从降低双波长激光器中两个主模之间的功率差、提高边模抑制比出发，设计了集成反射区的两段式双波长分布反馈半导体激光器。利用传输矩阵法对激光器的光栅结构进行仿真，分析了反射区光栅对激光器的阈值、主模功率差等参数的影响。根据仿真优化的结果，制作了单片集成两段式双波长分布反馈半导体激光器芯片并进行了测试。测试结果表明两段式结构能够提高双波长激光器的稳定性和边模抑制比，减小两个主模的功率差。在稳定工作的情况下，两个主模功率差可达0.3 dB，边模抑制比大于35 dB。

混沌光的延时特征（TDS）和带宽（BW）是影响混沌激光应用的两个重要参量，常用来表征混沌光的混沌特性。将具有外腔光反馈的半导体激光器（SL）作为主激光器，将具有相位调制光反馈的SL作为从激光器，并将主激光器输出的混沌光单向双路注入到从激光器中，构成具有外光单向双路注入的相位调制光反馈的SL系统。数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出混沌光TDS的影响，进而在TDS被有效抑制的参数条件下，对系统输出混沌光的带宽进行了研究。结果表明，用该方案和通过对参数值区间的适当选取可以有效地抑制混沌激光的TDS，并且混沌激光的3 dB带宽最大约为20 GHz。

根据TMM(传输矩阵理论), 对采用ZnMgO/ZnO为工作物质的紫外波段DFB(分布反馈)半导体激光器的结构进行设计与仿真。当占空比为0.5, 光栅周期为92.5 nm, 光栅高度为65 nm时, 得到了364.8 nm出射波长。通过改变有源层的厚度, 分析了不同有源层厚度时激光器阈值电流与输出功率的关系。仿真结果表明, 有源层太厚会减弱对载流子的限制作用, 使阈值电流增大; 而有源层太薄时, 波导层对光子的限制效果减弱, 导致损耗增大, 功率下降, 阈值电流增大。所以合理选取有源层厚度可改善DFB激光器的电流功率特性。

根据严格耦合波理论和介质平板波导理论, 利用Comsol Multiphysic软件仿真设计了基于单晶n-ZnO/p-AlGaN LED(发光二极管)结构的DFB(分布反馈)半导体激光器的光栅结构。针对LED结构加电压后发射近紫外光, 分析了二维电场模式分布图, 得出单纵模传输随着光栅不同参量的变化情况。分析表明, 在4 V正向偏置电压下, 当占空比为50%、光栅周期为109.2 nm、光栅高度为69.8 nm时, 光谱线宽窄、单模选择性好, 电场模达5.877 4×107 V/m。为电泵浦DFB半导体激光器的设计与加工提供了一定的基础。

TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术以其分子光谱高选择性、 速度快、 灵敏度高、 非接触测量等难以取代的优势, 成为燃烧过程诊断等应用的首选, 可以有效用于氧气测量。 DFB(分布反馈)半导体激光器以其体积小、 功耗低、 寿命长、 线宽窄、 波长可调谐等优点成为TDLAS系统的主要选择, 而其调谐特性是制约系统测量性能的关键因素。 根据TDLAS氧气测量系统工作要求, 采用一种简单易行的实验方法对系统中用到的764 nm DFB激光器的电流波长、 温度波长和电流功率等重要调谐特性进行了测试和分析, 发现出射光谱窄线宽、 高边模抑制比和宽波长可调谐范围等特点明显, 电流波长调谐曲线近似但并非严格线性、 调谐速率约0.023 nm·mA-1, 温度越高阈值电流越大、 PI曲线也并非严格线性, 温度调谐特性曲线线性较好、 波长温度调谐速率基本保持恒定约为0.056 nm·℃-1。 可见各种调谐曲线的非线性失真比较明显, 影响氧气测量精度。 温度调谐非线性可以通过温控精度的提高来消除, 电流功率调谐非线性可以通过设置参考光强来消除。 为了进一步解决电流波长调谐非线性问题, 根据DFB半导体激光器的调谐机理和电流波长测试结果的多项式拟合, 考虑通过DA控制注入电流的方式对电流波长调谐非线性进行补偿。 这种方法针对不同激光器只需在系统初次工作之前进行一次多项式拟合, 方案合理、 实现简单且不影响测量过程。 实验证明, 补偿之后的λI曲线线性拟合残差小于1 pm, 远小于补偿前的22 pm, 效果明显, 为氧气各种参数TDLAS精确测量和反演提供了依据。

为了实现远端多节点的高效检测并降低成本, 设计了一种新颖的分布式光纤气体传感系统。该系统采用共享一个工作于特种波长的分布反馈半导体激光器, 将其置于一个本地控制节点内并通过双向光纤链路串联各远端检测节点, 同时使用特殊设计的远端节点结构和光纤段, 在每个检测节点, 用两个Y型耦合器接入气室, 将系统中信号分为上行流和下行流, 避免来自其它节点信号影响并直接实现时分复用; 并以三节点系统的瓦斯体积分数检测为例进行数值计算和实验。结果表明, 激光二极管占总成本比重可由约60%降至约38%, 且增加循环检测次数能使各节点测定气体体积分数的相对误差降低, 首个节点的相对误差可降至0.2%以下, 甚至更低, 该方案能够精简高效地实现共享光源的分布检测。

为了减小时分复用无源光网络(TDM-PON)上行信号光波长的飘移，基于TDM-PON上行信号光功率均衡器架构，采用单模激光注入锁定光网络单元(ONU)法布里-珀罗(F-P)激光器(LD)方法，研究了F-P LD输出光波长的锁模特性，包括锁模的范围、驱动电流对锁模特性的影响、锁模前后温度变化引起F-P LD光波长变化情况等。结果表明，当驱动电流为9mA时，F-P LD可被锁模的波长范围为0.38nm，大于ONU上行光波长因环境温度变化5℃而产生的波长位移量0.25nm，F-P LD被锁模可使ONU上行信号的光波长相同且稳定，降低光功率均衡后的噪声。

为了设计一种CO气体检测与排放回收综合控制系统，采用可调谐半导体激光吸收光谱技术，利用单片机MC9S12DG128B作为核心控制器产生激光调制信号，通过采集经气体吸收后的光功率和2次谐波信号来分析气体浓度，把气体浓度信息上传到工控机进行实时监控。结果表明，CO激光检测气体灵敏度高、选择性强、响应速度快、能连续分析和抗干扰性能好，满足工业现场的要求。

在由一个外腔分布反馈(DFB)半导体激光器和一个独立的DFB半导体激光器构成的开环单向耦合混沌同步系统中，通过微调发射激光器的偏置电流可以精确控制两个激光器之间的频率失谐，从而可对不同频率失谐下的系统混沌同步状态进行研究。实验研究结果表明，在较小的频率失谐范围(-0.19~0.95 GHz)之内，混沌时间序列在传输延迟时间与外腔反馈时间之差处得到了最大0.84的关联值，而在传输延迟时间处的关联值为0.78。此时，完全同步超越广义同步，系统呈现完全同步状态(CCS)；当频率失谐超过这一范围，广义同步超越完全同步，混沌同步将表现为广义同步状态(GCS)。因此，通过调节发射激光器的电流，可实现完全同步和广义同步之间的转换。理论仿真结果与实验所得结果趋势相同。