设计了一种基于Nd∶GdVO₄晶体的增益开关型正交偏振双波长同步脉冲激光器。建立了对应的速率方程数学模型，分析了增益开关型Nd∶GdVO₄双波长同步脉冲激光器中的几何损耗对双波长脉冲时域特性的影响。搭建了基于布儒斯特偏振片的Y型腔结构的双波长脉冲激光器进行实验验证，通过调制抽运源电流实现了增益开关。实验结果表明，通过调节输出镜的倾斜角度，可实现双波长脉冲的同步输出。最后，当泵浦功率为6 W时，实验输出了脉冲重复频率为30.7~100.0 kHz可调、最高平均输出功率分别为215 mW和176 mW的正交偏振双波长［1063 nm（π偏振）和1065 nm（σ偏振）］同步脉冲。实验与理论结果吻合较好。

增益开关半导体激光器产生的光脉冲宽度往往较宽, 且具有一定大小的脉冲基座。为了提高增益开关半导体激光器的脉冲质量, 提出了一种三级脉冲整形方案。首先, 利用色散补偿光纤将增益开关半导体激光器输出的光脉冲宽度从39.381ps压缩到26.681ps, 随后利用掺铒光纤放大器和色散位移光纤的高阶孤子效应进一步将光脉冲的宽度压缩到20.916ps, 最后利用半导体光放大器的自相位调制效应区分开脉冲基座与脉冲中心的光谱, 并利用光滤波器滤除脉冲基座对应的光谱部分, 从而消减脉冲基座, 并将脉冲宽度压缩到18.497ps。实验结果表明, 该三级脉冲整形方案可以有效地压缩脉冲宽度以及减小脉冲基座, 从而提高增益开关半导体激光器输出光脉冲的质量。

提出了基于正交光注入增益开关850 nm垂直腔面发射激光器(850 nm-VCSEL)获取梳距可调双路宽带光学频率梳(OFC)的方案,通过数值仿真研究了系统参量对OFC性能的影响。在该方案中,首先采用大信号电流调制850 nm-VCSEL使其呈增益开关状态,此时Y偏振分量激射并呈周期脉冲状态,而X偏振分量被抑制,可以获得一路偏振沿Y方向的OFC(Y-OFC);进一步引入偏振方向沿X方向的注入光(即正交光注入),在合适的注入参数条件下,增益开关850 nm-VCSEL中的X偏振分量被激射并呈周期脉冲动力学状态,且输出的X偏振分量具有与Y偏振分量强度相当的光谱分布,从而可以获得两路正交的OFC。数值仿真的结果表明:受到调制频率fm=4.2 GHz、调制深度m=0.75的大信号电流调制的850 nm-VCSEL,在频率失谐Δv=10.0 GHz的正交光注入下,通过选取合适的注入光场振幅Einj可使激光器输出带宽(功率变化在10 dB范围内)超过105.0 GHz的双路宽带OFC。借助于正交光注入下增益开关850 nm-VCSEL输出的X偏振分量和Y偏振分量的光谱分布,确定了获得双路OFC所需的Einj和Δv的范围。最后,通过分析其他调制频率下所获取的OFC性能,论证了该方案产生双路宽带OFC梳距的可调谐性。

建立了适用于2.8 μm增益开关掺Er ³⁺的氟化物光纤(Er∶ZBLAN)激光器的计算模型,并进行了数值模拟。模拟发现存在最佳输出镜透过率使得输出功率最大,同时耦合率也影响脉宽、峰值和脉冲形态。模拟了抽运功率对脉冲形态的影响,发现弱抽运时两个抽运周期内仅出现一个信号光脉冲,而强抽运时一个抽运周期内出现多个信号光脉冲的现象。通过模拟发现了若干未被实验报道的新现象和规律,如耦合率对输出功率、能量、脉冲形态的影响规律;抽运功率阈值附近会出现与抽运周期一致的弱信号脉冲等。研究表明,在适当耦合率和抽运功率时,2.8 μm Er∶ZBLAN激光器可以实现稳定增益开关脉冲输出。

为了改善被动调Q激光器输出不稳定的现象, 利用Nd:YVO4具有增益方向性的特点, 使用电光晶体将线偏振光光矢量方向旋转90°, 实现腔内增益突变, 进而实现被动调Q稳定输出。利用该方法, 在LD连续泵浦Nd:YVO4被动调Q实验中, 当耦合输出镜反射率为80%, 饱和吸收体初始透射率为83.06%, 泵浦功率为22 W时, 输出功率为4.68 W, 调Q序列脉冲的重复频率为49.16 kHz, 脉冲宽度为26.28 ns。并且在泵浦功率从10~22 W的情况下, 获得了稳定的被动调Q激光输出。脉冲幅度波动性低于±2.4%, 脉冲时间波动性低于±5%, 重复频率的不稳定性低于1%, 光光转换效率斜效率达到21.27%, 斜效率为34%。

采用铒镱共掺光纤, 实现了一种双波长1.0 μm 调Q和1.5 μm增益开关脉冲光纤激光器。实验装置是一个双环腔结构, 两环的公共端共用一段铒镱共掺光纤。1.0 μm调Q脉冲通过未抽运铒镱共掺光纤的可饱和吸收效应产生。而铒镱共掺光纤对1.0 μm调Q脉冲的再吸收会周期性调制铒离子的反转粒子数, 从而产生重复频率相等的1.5 μm增益开关脉冲。随着抽运功率的增加, 这两种脉冲的重复频率从5.4 kHz增加到11.7 kHz。1.5 μm脉冲相对1.0 μm脉冲有一定的延迟, 并且延迟时间随着抽运功率的增大而不断减小。在最大抽运功率处, 1.0 μm脉冲宽度、单脉冲能量和最大平均输出功率分别是5.3 μs、402.6 nJ 和 4.7 mW, 而对于1.5 μm脉冲, 分别是4.6 μs、 374.4 nJ 和 4.4 mW。

近30年来，量子信息科技是令人激动的研究领域之一。其中，量子保密通信技术，已逐渐开始从实验研究迈向工程应用，有望率先实现商用化发展。面向量子保密通信系统的全面普及和推广，基于半导体激光器的增益开关效应和商品电子学芯片，设计和实现了皮秒脉冲激光器模块。其特点包括：工作波长位于光纤量子信道的低损窗口，即1.5 μm波段；输出光频的波动小于20 MHz；光脉冲的时域宽度为10个皮秒量级；输出光脉冲间不具有确定的相位关系。进一步地，结合“弱相干”单光子源在量子保密通信技术中的应用，对上述特点进行检验和讨论。

报道了1.06 μm增益开关半导体激光器的详细特性分析和功率放大研究。用高频正弦信号调制中心波长1.06 μm的F-P腔半导体激光器得到脉宽约为100 ps、平均功率约为20 mW，重频从500 MHz到2 GHz连续可调的稳定短脉冲激光输出。采用注入锁定改善增益开关半导体激光器的输出特性。研究和分析了调制信号的频率、功率和偏置电流的大小以及注入锁定的功率、温度对激光器输出特性的影响。将该激光器作为种子，用108 W的抽运光进行两级全光纤功率放大得到了82 W的高功率输出，光光转换效率达到76%。

报道了基于半导体增益开关技术的皮秒脉冲掺铒激光器，该激光器可输出脉冲宽度为80 ps的光脉冲，具有重复频率可调的特点（100 kHz~20 MHz）。在重复频率为20 MHz时，经过主功率振荡放大器（MOPA）后，激光器输出的平均功率为9.3 W，相应的脉冲峰值功率为5.8 kW；最高功率输出时，脉冲信噪比达40 dB。