采用金属有机物化学气相沉积设备生长InGaAs/AlGaAs应变多量子阱有源区和双氧化限制层的外延整体结构,利用断点监控电感耦合等离子体刻蚀技术、精确湿法氧化控制技术等芯片制造技术,实现了氧化孔径为7 μm、相邻单元间隔为250 μm的高速调制4×15 Gbit/s 850 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵。测试得到了VCSEL列阵的静态特性和动态特性:阈值电流为0.7 mA,斜效率为0.8 W/A;在6 mA工作电流下,工作电压为2.3 V,光功率为4.5 mW。在15 Gbit/s调制速率下,眼图轮廓清晰,线迹很细,抖动较小且无明显串扰。对比列阵各单元在15 Gbit/s调制速率下眼图的上升时间、下降时间、信噪比、均方根抖动等相关参数,结果表明其动态性能的一致性良好。利用箱线图分析得出外延片上VCSEL器件性能的一致性能良好,能够满足批量生产的要求。

研究了在多次回流下Au80Sn20焊层的微观演变机制及对半导体激光性能的影响, 为采用自动化精密校准机械设备, 多次回流实现激光叠阵自动化高精度封装提供技术支持。实验中, 采用扫描电镜对不同回流次数下Au80Sn20焊层金属化合物(IMC)的SEM形貌特征进行了观察, 并做EDS能谱组分分析。同时, 对多次回流过程中各阶段进行光电性能测试, 分析Au80Sn20焊料在多次回流焊接下的微观演变, 以及对激光光电性能的影响。实验结果表明：对于相同芯片, 同一封装形式, 同批次的器件, 在340 ℃, 30 s的回流焊接条件下, 多次回流加热2～6次, 即340 ℃间歇循环作用180 s以内, Au80Sn20焊层演变主要在于微观相形态的变化, 对激光光电性能影响不大; 在加热到8～10次时, 即340 ℃间歇循环作用300 s左右, Au80Sn20焊层与芯片边界处出现柯肯达尔空洞; 12～20次后, 即340 ℃间歇循环作用至600 s, 柯肯达尔空洞融合变大, 数量增多, 致使半导体激光光电性能明显下降。

针对锥形半导体激光器中的脊形波导区宽度较小的问题, 对半导体激光芯片制造中的刻蚀标记及刻蚀方法进行了研究。提出对于锥形半导体刻蚀中的脊型区域和锥形区域, 采用不同精度的双标记刻蚀方法, 细化对脊形波导和锥形波导的刻蚀中的对准问题, 并使光刻标在不同的光刻版上相错位排列, 在相应光刻版中相互遮挡, 反复刻蚀中保证相应的光刻标清晰、完整。刻蚀后的芯片在电流为7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W、慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad和0.668 mm·mrad的激光输出。

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题, 依据多点级联结构的耦合器, 对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先, 介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后, 分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后, 选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明: 对耦合器插入损耗的研究, 能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中, 975 nm泵浦功率注入1.1 kW时, 1 080 nm激光功率输出为770 W, 光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中, 激光功率输出为635 W, 放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入, 避免了热量的集中, 能够获得千瓦级的激光功率输出。

为了研究不同量子阱周期数下GaInAs/GaAsP多量子阱太阳能电池性能的变化规律, 利用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)制备了不同周期数的双结多量子阱太阳能电池样品以及无量子阱双结结构的参考样品, 利用高分辨率X射线衍射仪(HXRD)和高分辨率透射电镜(TEM)测试了样品的晶体质量, 同时在AM0(1×)光谱条件下测试了样品的I-V特性曲线和相应子电池的外量子效率。最终得到了高晶体质量、吸收截止波长在954 nm的Ga0.89In0.11As/GaAs0.92P0.08多量子阱结构, 扩展波段的外量子效率最高达到75.18%, 电池光电转换效率相对于无量子阱结构提升2.77%。通过对比测试结果发现, 随着量子阱结构周期数的增加, 太阳能电池在扩展波段(890~954 nm)的外量子效率不断提高, 常规波段的短波响应(300~700 nm)会出现下降, 长波响应(700~890 nm)会出现上升, 短路电流和转换效率相应提升并趋于饱和。

介绍了由双量子阱非对称波导结构外延片刻蚀成的带有脊形波导结构的锥形半导体激光器。该激光器有效抑制了p型区域对激光的影响, 减小了半导体激光快轴方向的发散角, 同时采用脊形结构和锥形结构的组合获得了高亮度激光。实验中, 在电流7 A时获得了中心波长963 nm、连续功率4.026 W的激光输出。测得慢轴方向和快轴方向激光光束参数乘积分别为1.593 mm·mrad 和0.668 mm·mrad。

为研究热容型大功率半导体激光器在低环境温度、高瞬时功率、长工作间歇时间条件下的应用，建立三维瞬态热传导模型，通过有限元法计算得出热沉三维尺寸对半导体激光器瞬态热特性的影响。选取尺寸为26.6 mm×11.5 mm×4 mm的热沉进行热容型半导体激光器的封装测试，获得其在-20 ℃和-30 ℃环境温度下连续工作3.5 s过程中有源区温度随时间的变化曲线，并与数值计算的结果进行对比。结果表明，两者在误差范围内能够很好地吻合。

为克服传统光学方法测量半导体激光阵列(LDA)Smile效应时存在的光学系统搭建精度要求高、测试人员素质要求高、后期数据处理繁杂测量时间长等缺点，通过用机械接触式台阶仪的探针扫描焊接后LDA芯片N面的方式，快速测量LDA的Smile效应，并将之与传统光学方法测量的Smile效应进行对比。结果表明，两者形态完全一致，差别小于1 μm。用台阶仪测量LDA Smile效应耗时小于1 min。此方法能为芯片焊接工艺优化Smile效应提供快速反馈，可方便集成在大批量生产流水线中对LDA的Smile效应进行实时监测。

以高斯光束传输理论为基础，结合半导体激光器堆栈结构，建立了半导体激光器堆栈快轴方向光束传输理论模型，并引入单个半导体激光器阵列的发散角和指向性因子,对半导体激光器堆栈快轴方向光束质量计算方法进行了修正，最后通过实验对计算结果进行验证。结果显示，相对于实验测量值，该理论模型计算值的误差仅为2.14%，与修正前的计算误差24.16%和18.36%相比，在精度上有了很大程度的提高，因此，该方法可行，能更精确的反应堆栈快轴的光束质量。

聚光光伏模组中，二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量，提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件，用Solidworks软件建立了三维模型，结合实际工程应用，借助Zemax软件光学模拟仿真手段，对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件，配合菲涅耳透镜、太阳能电池，搭建了实物聚光发电单元，在太阳模拟器下进行I-V 性能测试，结果表明当二次光学元件高度为6 mm，上圆直径为7 mm时，太阳能电池的输出功率达到最大值720 mW，与不加二次光学元件相比，输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。