为了在单片上实现半导体激光二极管与探测器的集成, 开展了外延材料生长及结构工艺的设计研究。通过刻蚀工艺引入隔离区的方法制备了集成背光探测器的1.3 μm InGaAsP/InP半导体激光二极管芯片。管芯的光电性能测试显示, 激光二极管具有较低的阈值电流17.62 mA, 较高的斜率效率0.13 mW/mA, 输出功率可达11 mW; 在-0.7 V的反向偏压下, 探测器区域对光信号具有良好的线性响应, MPD的光电流超过0.3 mA, 在-1.7 V的反向偏压下, 暗电流可低至25 nA。

从实验和理论上研究了InGaAsP多量子阱(Multi-Quantum-Well, MQW)双区共腔(Common Cavity Tandem Section, CCTS)结构半导体激光器的吸收区偏置状态对双稳态特性的影响。实验结果表明: 随着可饱和吸收区上的负偏置电压的增大, 激光器P-I曲线中双稳态特性更加明显, V-I曲线有负微分电阻, 当偏压加至-3 V时, 回滞曲线环宽度增加至13.5 mA, 开关比达到21: 1。理论分析表明, 利用吸收区的高负偏置态和短载流子逃逸时间能获得更好的双稳态特性。最大107: 1的开关比也说明双区共腔激光器能在两稳态之间实现非常明确的转换。

为了提高太赫兹辐射强度, 设计了带THz扼流圈的偶极天线阵列.模拟结果表明, 增加直线阵的阵元数对平均匹配效率影响很小, 却能线性增加相干辐射强度.加入THz扼流圈可减小进入到传输线的交流分量, 进而减小共振频率的偏移, 使平均匹配效率提升了两倍.相比于网格排列的平面阵, 交错排列的阵元在垂直方向上具有更小的耦合, THz发射谱更窄.通过使用聚酰亚胺透镜代替硅透镜, 可有效提高输入电阻, 并将总效率由25%提高到35%.

超辐射发光二极管因其宽光谱低抖动的光谱特点以及输出光为非相干光的特性, 在光学相干层析成像技术、光处理技术等领域具有重要应用。为获得宽光谱低抖动的超辐射输出光, 设计并制备了一种1 550 nm AlGaInAs多量子阱超辐射发光二极管。采取倾斜12°波导并增加隔离区, 结合抗反射薄膜, 最终实现宽光谱输出的超辐射发光二极管, 并比较了有无隔离区对器件性能的影响。实验结果表明, 制得的超辐射发光二极管3 dB光谱宽度可拓宽至83 nm, 光谱纹波小于0.1 dB, 在200 mA工作电流下, 出光功率大于1.5 mW。

采用简化的孤子微扰模型方程组, 研究了注入锁定时被动锁模半导体激光器的时序抖动噪声特性.研究发现, 当注入锁定的耦合系数为10-3 ps-1时, 在100 kHz到10 GHz的频率范围内, 从锁模激光器的时序抖动噪声可从自由运转情况下的皮秒量级(3.83 ps)下降至几十飞秒.还讨论了主从锁模激光器的稳态相位差、注入耦合系数、线宽增强因子等参数对时序抖动噪声特性的影响.计算结果表明, 时序抖动对稳态相位差不敏感, 而耦合系数的变化对其则有显著影响; 此外, 线宽增强因子越小, 时序抖动噪声越小.

主要研究了外加光反馈对光纤布拉格光栅外腔半导体窄线宽激光器特性的影响。在研究温度对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长影响的基础上，设计了强度可调的外加光反馈系统，并利用延时自外差法测试外腔半导体激光器的线宽，从实验上分析了不同强度的外加光反馈对外腔半导体激光器线宽和噪声的影响。实验结果表明，在外加光反馈强度逐渐增强的过程中，激光器线宽逐渐变窄。当反馈比为-22 dB时，激光器线宽被压窄至原始线宽的15%。与此同时，在相同的反馈变化下，激光器的相对强度噪声开始无明显变化，直到反馈比达到-27 dB。再继续增大反馈强度，相对强度噪声显著增大，激光器内部发生相干崩塌。