基于有效折射率法建立了窄脊型波导数值计算模型，通过实验研究了InGaAs量子阱窄脊型波导半导体激光器偏振特性与横模之间的关系。根据理论计算，脊型波导中类TM模式在慢轴方向的有效折射率差更大，类TM模式的限制因子比类TE模式的限制因子更大、更容易出现慢轴高阶模式；而随着脊型波导的高度增加，快轴高阶模式被截断，类TE₀₀模式的限制因子逐渐增加至与类TM₀₀模式相近，慢轴高阶模式因其大的散射损耗被抑制，理论上可实现高偏振度、高光束质量激光输出。在实验方面，利用量子阱材料的增益偏振特性，通过脊型高度与宽度的设计，制备了高偏振度、基横模的窄脊型波导半导体激光器。

设计并制备了780 nm大功率半导体激光器的单管和巴条。采用金属有机化学气相沉积技术制备的外延结构，分别使用GaAsP和GaInP作为量子阱和波导层，限制层是具有高带隙的AlGaInP材料。量子阱与波导层带隙0.15 eV，波导层与限制层带隙0.28 eV，抑制了载流子泄露。1.55 μm厚非对称大光学腔波导结构抑制快轴高阶模，同时缓解腔面损伤问题。为进一步提高腔面损伤阈值，利用超高真空解理和钝化技术，在腔面上沉积了非晶ZnSe钝化层。条宽150 μm、腔长4 mm的单管器件，在电流为15 A时，输出连续功率16.3 W未出现COD现象，斜率效率达到1.27 W/A，电光转换效率为58%，慢轴发散角9.9°，光谱半高宽为1.81 nm。填充因子为40%的厘米巴条，在192 A下实现连续输出功率180 W，电光转换效率为50.7%，光谱宽度仅为2.2 nm。

为研制近衍射极限的高功率半导体激光器，采用了片上光栅、窄脊型波导、锥形放大器一体集成的主控放大（Master Oscillator Power-Amplifier，MOPA）技术路线，以长度为8 mm、脊型宽度为3 μm的波导为单模种子源，配合长度为7 mm、全角为3.3°的锥形放大器，实现了功率10.3 W、慢轴光束质量M²（1/e²）因子=1.06，3 dB线宽40 pm，工作电光效率50.5%的半导体激光输出，并采用片上电致加热光栅调谐技术，实现了中心波长在4 nm范围内连续可调。

对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层，以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏，调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm^-1，内部量子效率为0.954，远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计，提出了沿谐振腔线性电流分布结构，以减少空间烧孔效应，这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片，在25°C连续电流注入下，21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。

针对掺铥光纤激光器泵浦源的需求，研制了波长为793 nm的高功率半导体激光芯片和尾纤耦合模块。激光器外延采用了非对称大光腔的波导结构，降低了模式损耗，波导采用无铝的GaInP材料，结合真空解理钝化工艺提高了腔面损伤阈值。通过外延结构和腔面镀膜的优化，研制的激光器单管输出功率达到12 W@11A，在输出功率8 W时通过了300 h老化测试。采用7只单管制备了尾纤耦合模块，耦合至100 μm NA.0.22光纤中，输出功率为40 W@7A，电-光效率为49.5%@40 W。

设计并制备了一款780 nm半导体激光器，并进行了外腔反馈锁模研究。利用金属有机化学气相沉积技术制备了激光器外延层，采用GaAsP/GaInP作为量子阱/波导层有源区，限制层采用低折射率AlGaInP材料。采用超高真空解理钝化技术，在激光器腔面蒸镀无定形ZnSe钝化层。未钝化器件在输出功率2.5 W时发生腔面灾变损伤（COD），钝化后器件未发生COD现象，电流在10 A时输出功率10.1 W，电光转换效率54%。体布拉格光栅（VBG）外腔锁定前后，器件的光谱半峰全宽分别为2.6 nm和0.06 nm，VBG变温调控波长范围约230 pm。

Photoacoustic (PA) tomography (PAT) breaks the barrier for high-resolution optical imaging in a strong light-scattering medium, having a great potential for both clinical implementation and small animal studies. However, many organs and tissues lack enough PA contrast or even hinder the propagation of PA waves. Therefore, it is challenging to interpret pure PAT images, especially three-dimensional (3D) PA images for deep tissues, without enough structural information. To overcome this limitation, in this study, we integrated PAT with X-ray computed tomography (CT) in a standalone system. PAT provides optical contrast and CT gives anatomical information. We performed agar, tissue phantom, and animal studies, and the results demonstrated that PAT/CT imaging systems can provide accurate spatial registration of important complementary contrasts.