光纤耦合是半导体激光器集成光源进一步改善输出光束质量和远距离传输的重要手段。然而，由于半导体激光器单管体积和散热的限制，合成后激光光源的输出光束光参量积仍较大，不利于与单根多模光纤的耦合；直接与光纤束耦合又受到光纤束填充比的限制。针对多个半导体激光器单管集成的光源，采用倒置前端光学放大系统，对合成光束直径进行压缩；并采用六方排列的微透镜阵列作为耦合元件，使其光瞳成像在光纤端面，从而实现微透镜与光纤的一对一耦合，得到理论无损耗的高效光纤耦合系统。为了改善光场边缘像差影响，采用空心光管进一步匀化光场分布，且减小了边缘光线的发散角，提高了边缘光线的成像质量，优化后的系统耦合效率达98%。这一系统利用微透镜阵列将光束分束、成像，克服了集成光源输出光束光参量积较大不易与单根光纤耦合的缺点；通过使微透镜的入瞳成像在光纤端面，且光纤束的排列与微透镜阵列排列相同，提高了光束与光纤束的耦合效率。

为解决常用经验计算公式参数复杂、产热项考虑不足等问题，采用优化的激光器热模型分析了激光器连续工作时有源区温度的变化并进行了实验验证。通过分析有源区注入载流子产热机制，建立了替代传统的热源计算公式的经验计算公式，考虑了载流子通过激光器内部渐变异质结时的势垒电阻以提高焦耳热计算精度。制作了电极尺寸为10 μm、台面尺寸为20 μm的半导体激光器件并对器件热特性进行了模拟。由于未考虑热载流子注入效应，利用传统经验公式得出的有源区热功率密度比提出的优化模型偏低，因而理论模拟的器件内部温升也偏低。对激光器出光特性进行测试，推导出不同注入电流下激光器内部有源区的温升。测量与理论分析对比表明，采用经验公式得出的结果比实际测试结果偏低，而优化的热模型解决了该问题，利用该方法得出的有源区温升与测试结果最大偏差仅为0.2 K，且温升随注入电流的变化趋势一致。

提出了一种基于光反馈半导体激光器的混沌特性产生超宽带(UWB)信号的新方法。一个商用的通信波段半导体激光器在外腔光反馈下实现混沌振荡，输出连续波混沌激光，经由一个电吸收调制器后，被调制为一系列混沌脉冲信号。该混沌脉冲信号的频谱特性可通过调节半导体激光器的偏置电流和反馈强度进行控制。实验分别获得了中心频率为4.0 GHz、相对带宽为181%和214%的混沌脉冲UWB信号。进一步数值仿真了偏置电流和反馈系数对混沌脉冲UWB信号频谱特性的影响，实验结果与模拟验证相符。该方法实验装置简单，UWB信号频谱特性易控，可用作未来UWB光纤无线通信系统的光生微波信号发生装置。

在光频光热调制半导体激光正弦相位调制干涉仪的基础上，提出了一种扩大其测量范围的方法，使得在保持纳米精度的前提下，测量范围由半个波长扩大为125.56μm，并讨论了进一步扩大测量范围的可能性。本方法得到了模拟计算和实验结果的很好验证。

分析了一种展宽半导体激光器混沌载波发射机带宽的方案，即混沌光注入的外腔反馈半导体激光混沌发生器。利用数值模拟的方法分析了主从半导体激光器中失谐频率、注入强度、主从激光器偏置电流和从激光器的反馈强度对混沌载波发射机带宽的影响以及主激光器反馈强度对混沌载波信号反馈延时特性的影响。确定了能将混沌有效带宽展宽到25.8 GHz的参数组，该带宽约为半导体激光器原始混沌带宽5.1 GHz的5倍。

通过分析高功率线阵半导体激光器(DL)的激光输出特性,设计了-套光束变换装置,可将10 mm宽的线阵DL激光耦合进单根光纤中.变换过程如下:首先用微柱透镜对DL的快轴方向准直,然后利用微台阶反射镜,通过提高慢轴方向光束质量而降低快轴方向光束质量的方法,使得线阵DL两个方向的光束质量相近,从而可以汇聚成-接近圆形的光斑,再用聚焦透镜耦合进单根光纤中.在实验中实现了将输出功率为42 W的连续线阵DL的输出激光耦合进-根芯径为1 mm,数值孔径NA=0.38的光纤中,光纤输出激光功率为连续25 W,整个光束变换系统的耦合效率为59.5%.

本文用龙格-库塔法求解高斯脉冲调制下半导体激光器速率方程,对结果进行了分析。推出了较高偏置直流和高斯脉冲调制下计算激光脉冲延迟时间、脉冲宽度和最大调制码率的公式。给出了调制畸变的实验结果。

搭建了调制光栅Y分支(MGY)可调谐激光器高精准波长调谐系统,实现了粗扫描结合细扫描的高精度波长扫描标定。在此基础上,对MGY激光器输出波长以及内置法布里-珀罗(F-P)标准具的温度漂移特性进行分析,发现MGY激光器输出波长与温度具有良好的线性关系,且其输出波长曲线的斜率不变,截距随温度线性变化。研究了基于外部气体吸收基准的高精准波长校准方法,并进行实验测试。研究结果表明,在-25~+75 ℃温度范围内,波长扫描范围为40 nm时,所搭建系统的调谐线性度优于0.9999,调谐波长精度优于0.18 pm,准确度优于0.12 pm。

随着数据中心、5G宽带无线通信的不断发展,短距宽带传输的需求大幅增长,极大地推动了高速光电器件的发展。在短距应用中,虽然直接调制激光器具有低成本、低功耗的优势,但其调制带宽和传输距离受到张弛振荡频率和频率啁啾的限制。电吸收调制激光器(EML)集成光源具有大调制带宽、低频率啁啾的特点,可以实现更高速率和更远距离的传输。介绍了EML集成光源的外延集成方案和器件结构,并介绍了国内外研究机构对高速率、大功率、低成本EML的主要研究进展,最后对EML的未来发展进行了展望。

利用射线法和平均载流子分布近似[1，2]，从理论上预言了用阈值以下半导体激光器的端面输出谱来确定自发辐射谱的可能性。在此基础上，通过实验测得的阈值以下半导体激光器的端面输出谱确定了自发辐射谱，并且对自发辐射谱和增益谱进行了比较和分析。