利用半导体增益介质中的非线性克尔效应，结合增益芯片上泵浦光斑形成的软光阑，在外腔面发射激光器中实现了重复频率为1.1 GHz、脉冲宽度为4.3 ps的连续自锁模。通过在谐振腔内插入不同厚度的双折射滤波片，实现了可连续调谐的激光波长输出。当双折射滤波片的厚度为2 mm时，获得的波长调谐范围为30 nm，最大输出功率为129 mW，激光器可在964～979 nm波段内维持连续锁模状态，获得的锁模调谐波长范围为15 nm。本文还分析了外腔面发射激光器中启动克尔锁模的机理和条件，同时就双折射滤波片对锁模激光波长的调谐范围进行了讨论。

为了使半导体激光器输出高功率、高光束质量的激光,垂直外腔面发射激光器(VECSEL)应运而生。本文通过对激光器谐振腔的稳定条件进行计算,并结合实验估算出VECSEL中增益芯片的热透镜在泵浦功率为31.3 W时的热焦距在45.7 mm到53.6 mm之间。实验过程中观测到增益芯片的荧光光谱随观测角度变化的现象,并提出一种通过观测增益芯片在不同角度下的荧光光谱来直接估算VECSEL的调谐范围的方法,用所提方法测得增益芯片调谐范围为995~1030 nm。

垂直外腔面发射激光器(VECSEL)可以实现大功率的高光束质量输出。针对外腔制作工艺复杂、腔体结构松散的缺点, 研制了一种介质膜集成衬底表面外腔底面发射激光器。将衬底表面生长的多层介质绝缘薄膜与N-DBR、P-DBR共同构成复合腔结构, 衬底充当外腔。该结构能够抑制高阶模式, 进而优化输出光谱及远场发散角等光束特性。在已有的理论指导下, 制作了有源区直径为200 μm、外腔腔长250 μm的VECSEL。室温下, 向器件连续直流注入3.4 A, 测试得到输出功率为260 mW, 远场发散角的半角宽度为3.8°, 光谱半高全宽为0.046 nm。与常规结构底面发射VCSEL进行比较, 发现VECSEL器件的光束质量得到了明显改善, 实验结果与理论仿真结果有较好的一致性。

对具有InGaAs/GaAsP量子阱周期增益结构有源区的980 nm电泵浦垂直外腔面发射激光器(EP-VECSEL)的振荡特性进行了理论分析及实验研究.模拟并分析了耦合腔条件下EP-VECSEL的振荡特性与其分布布拉格反射镜(DBR)及外腔镜反射率之间的关系，并根据理论分析结果对器件结构进行了优化设计.在实验上制备出具有不同外腔镜反射率的EP-VECSEL器件，并对其连续波(CW)振荡特性进行了研究.实验结果表明，有源区直径为300 μm的EP-VECSEL器件在外腔镜反射率为90 %时阈值电流为1.2 A，注入电流为4 A时连续激光输出功率为270 mW; 在外腔镜反射率为95%时阈值电流为0.9 A，4 A下输出激光功率为150 mW.实验结果与理论分析结论符合较好，说明本文采用的理论分析方法能有效模拟及优化EP-VECSEL器件的振荡特性.

介绍了光抽运垂直外腔面发射激光器的材料增益特性，以InGaAs/AlGaAs应变量子阱系统为例，建立了将带边偏置、能带结构和材料增益系统结合起来的理论模型。用Model-Solid模型确定带边偏置比，然后采用导带抛物线近似及价带6×6 Luttinger哈密顿量精确计算了能带结构和材料增益。基于对材料增益特性的分析研究，优化设计了1 μm波段的量子阱有源区，分别对量子阱的阱宽、阱深和阱的构成形式进行了优化设计并得到了最优选择，为光抽运垂直外腔面发射激光器的优化设计提供了理论依据。

设计并优化了一种用808 nm的大功率激光二极管为抽运光源，In0.09Ga0.91As量子阱结构为增益介质的920 nm光抽运半导体垂直外腔面发射激光器。运用有限元方法，对激光器的电特性方程和光特性方程求自洽解，计算了器件各种特性参量。分析了单个周期内不同阱的个数(1，2和3)、不同阱深、不同垒宽、不同非吸收层组分、不同非吸收层尺寸条件下，器件性能的改变，特别是模式、阈值和光-光转换效率的改变，从而选择一个最佳的结构。

An intracavity frequency-doubled vertical external cavity surface emitting laser (VECSEL) with green light is demonstrated. The fundamental frequency laser cavity consists of a distributed Bragg reflector (DBR) of the gain chip and an external mirror. A 12-mW frequency-doubled output has been reached at 540 nm with a nonlinear crystal LBO when the fundamental frequency output is 44 mW at 1080 nm. The frequency doubling efficiency is about 30%.

介绍了光抽运半导体垂直外腔面发射激光器的结构特点、设计原理及其性能优势，综合评述该领域的最新研究进展，并探讨该类型激光器的发展前景和技术发展方向。

利用周期谐振增益结构设计了以InGaAs/GaAsP/AlGaAs为有源区的980 nm二极管抽运垂直外腔面发射半导体激光器的材料结构。根据理论模型计算了纵模限制因子、阈值增益、光增益、输出功率等特征参量。优化了激光器特征参量并设计了光抽运垂直外腔面发射激光器的器件结构。理论计算表明,激光二极管(LD)抽运的垂直外腔面发射激光器的输出功率将大于1 W。