2 μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台，对2 μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐，对单个微加热器施加3.2 V电压时，调谐范围可达66 nm（1967~2033 nm）。

为了进一步提高传统保偏光纤的双折射，设计了一种高双折射椭圆芯类矩形保偏光纤，该光纤具有一个椭圆芯和两个对称的类矩形应力区。采用数值模拟的方法，全面研究了类矩形应力区的尺寸和纤芯的椭圆度对保偏光纤双折射特性的影响。通过优化参数得到椭圆芯类矩形保偏光纤在1550 nm波长下的双折射为8.0794×10^-4，与传统熊猫型保偏光纤的双折射相比增加了近一倍。此外，还研究了所设计光纤在C通信波段（1530~1565 nm）内双折射与波长变化的关系。该光纤结构简单，具有应用于光纤通信和光纤传感领域的潜力。

设计了一种基于双增益芯片合束的超宽带可调谐中红外激光器，该激光器以Littrow结构为基础，采用中心波长分别为4.0 μm和4.6 μm的两个量子级联增益芯片提供光增益，通过4.2 μm低通高反分束片合束后，将增益光入射到300 lines/mm的闪耀光栅形成光反馈，两个量子级联增益芯片通过交替互补的工作方式实现了3~5 μm的超宽谱调谐。在25 ℃温控和303 mA注入电流下，该激光器在34.54°~46.50°的闪耀光栅旋转角度下工作，波长调谐范围为3779~4836 nm（包括179 nm波长调谐空白区间），最大输出光功率为14.12 mW，边模抑制比为20 dB。该激光器具有结构紧凑、调谐范围超宽的优点，可为研制便携式模块化的中红外激光器提供参考。

3~5 μm中红外波段激光在气体分子传感、空间光通信、差频太赫兹产生等领域中有广阔的应用前景。研究了一种4 μm波段宽谱可调谐外腔量子级联激光器，设计了一种以Littrow结构为基础的紧凑便携可调谐激光器模块。在激光器模块中采用同一个量子级联增益芯片，分别使用刻线密度为450 line/mm和300 line/mm的闪耀光栅组建了不同的外腔。当采用刻线密度为450 line/mm的闪耀光栅时，注入电流303 mA下的输出光功率为7.30 mW，具有380 nm的调谐范围（3774~4154 nm），边模抑制比为20 dB，出现高阶模式激射现象；当采用刻线密度为300 line/mm的闪耀光栅时，303 mA注入电流下的输出功率为5.24 mW，调谐范围为297 nm（3779~4076 nm），边模抑制比为20 dB，出现基模激射现象。由此可见，采用不同的外腔配置，可以分别获得满足高精度波长调谐和高光束质量要求的激光器性能。

持续的新型冠状病毒肺炎疫情大流行下，世界各国亟需可在空气中灭活细菌病毒的新方法。典型的杀菌紫外线波长为254 nm，但该辐照对人体细胞有害。有研究表明，200～230 nm远紫外线能灭活病原体，且对人体细胞无害。目前通常采用准分子灯发射的远紫外线来灭活细菌病毒。激光能实现远距离传输，在远距灭菌消毒领域可弥补准分子灯光源的不足。本文采用自主研制的全固态228 nm远紫外脉冲激光作为光源，在2 mJ/cm²和6 mJ/cm²低剂量照射下对大肠杆菌和芽孢杆菌的灭活率均高达100%。该实验结果表明，228 nm 远紫外脉冲激光具有较强的抗菌特性。

用栅区仅为1 mm、间隔仅为20 mm的超短光纤光栅串，借助激光焊接工艺制作出长度约为40 mm，直径约为20 mm的基于弹性膜片增敏的带温补结构的光纤光栅压力传感器，用于海洋深度探测。在0.6 MPa测量范围内，传感器的理论压力灵敏度为-1.218 nm/MPa，利用有限元分析法仿真得到的压力灵敏度为-1.364 nm/MPa，通过温度及压力测试实验消除温度对测压光纤光栅的影响后得到传感器实际平均压力灵敏度达-1.728 nm/MPa，升降压曲线的线性度达99.9%。与激光密封尾纤方式相比，采用环氧胶密封尾纤不必考虑瞬时高温对光纤造成的损伤，且更容易保持对光纤所施加的预应力。结合仿真分析发现双光纤光栅温度响应趋势存在差异是由结构设计的缺陷所致，后续可对此进行改进。在传感器的制作过程中增设了温度及压力老化步骤，可有效提高传感器升降压曲线的线性度及重合度。尾纤抖动会对传感器稳定性造成影响，建议使用切趾光纤光栅或设置缓冲区的方法解决。环氧胶固化时流动导致光纤光栅有效长度减小以及预应力增加使光纤光栅压力灵敏度提高，是实测传感器压力灵敏度偏高的主要原因。

采用三镜折叠V型谐振腔、声光调Q技术和三硼酸锂(LBO)晶体，对二极管端面抽运Nd∶YVO₄的914 nm基频光进行腔内倍频，实现了457 nm激光输出，利用I类相位匹配偏硼酸钡(BBO)晶体对457 nm蓝光进行腔外倍频，获得了228.5 nm深紫外激光。当抽运功率为17 W时，获得了平均功率为10 mW的228.5 nm深紫外激光输出，脉冲宽度为64.26 ns，重复频率为10 kHz。2 h内的激光输出稳定度为±2%。

效率陡降严重影响AlGaN基深紫外发光二极管(DUV LED)的输出性能，也是近年来DUV LED的一个瓶颈性问题。对常规电子阻挡层(P-EBL)和Al组分三角形渐变P-EBL两种结构DUV LED进行了数值分析。研究了能带、电子电流、空穴浓度、电场、内量子效率、输出功率和自发辐射光谱的分布特性。模拟结果表明，在260 mA电流注入时，相比常规P-EBL结构，Al组分三角形渐变P-EBL结构DUV LED的效率陡降减小了5.85%，改善了DUV LED输出性能。根据数值模拟和分析，器件输出性能改善的原因是Al组分三角形渐变P-EBL结构提高导带势垒高度和增强空穴在P型区域获得的动能，从而减小电子泄漏，并提高了空穴注入效率。