通过在宽区GaSb基半导体激光器波导中引入鱼骨型微结构, 实现了瓦级激光输出并且改善了侧向发散角.本文通过分析微结构的刻蚀深度对激光功率和远场特性的影响, 研究并发现了微结构的引入可以明显的提高激光器输出功率, 同时深刻蚀的微结构对降低模式数和侧向发散角有着更明显的改善作用.相比于未引入微结构的激光器, 引入深刻蚀微结构的宽区激光器侧向95%功率定义的远场发散角降低了大约57%, 并且实现了超过1.1 W的最大连续输出功率.

微腔效应可以提高自发辐射速率, 从而起到有效的改善响应调制速率的作用.然而, 对于1.3 μm GaAs/InAs量子点光子晶体激光器而言, 调制速率还会受到复杂的载流子动力学以及更近的空穴能级间隔的影响.因此基于全路径载流子弛豫动力学方程, 计算并讨论了腔品质因子(Q)对于阈值和响应调制特性的影响.计算结果表明, 高的Q值能够明显改善量子点光子晶体激光器的阈值, 但是同时快速增长的光子寿命会导致调制带宽的恶化.所以, 存在一个优化的Q值(2500)可以获得超过100 GHz的调制带宽, 而当Q值为7 000时, 对应的能量传输损耗最低.因此, 在量子点光子晶体纳腔激光器的设计中, 更全面的考虑各方面的因素对器件的性能的影响, 对于获得高速调制低功耗的量子点激光器器件是十分有意义的.

为实现2 μm低发散角激光，提出在GaSb基半导体激光器中引入布拉格反射波导，利用光子带隙效应替代传统的全反射进行光场限制。研究了分布反馈反射镜(DBR)的厚度、对数、高低折射率DBR厚度比以及中心腔厚度等参数对激光器垂直远场发散角和光限制因子的影响。结果表明：垂直远场发散角随单对DBR厚度的增加而减小；光限制因子与远场发散角都随拉格反射镜对数的增加而减小，随高低折射率DBR厚度比的减小而增大；随着中心层厚度的增大，光限制因子减小而远场发散角增大。最终在理论上优化设计出了一种双边布拉格反射波导结构的超低垂直发散角2 μm GaSb基边发射半导体激光器，其垂直远场发散角可降低到10°以下。