应用ZEMAX光学设计软件模拟了一种多芯片半导体激光器光纤耦合模块，将12支808 nm单芯片半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.22、纤芯直径105 μm的光纤中，每支半导体激光器功率10 W，光纤输出端面功率达到116.84 W，光纤耦合效率达到97.36%，亮度达到8.88 MW/(cm2·sr)。通过ZEMAX和ORIGIN软件分析了光纤对接出现误差以及单芯片半导体激光器安装出现误差时对光纤耦合效率的影响，得出误差对光纤耦合效率影响的严重程度从大到小分别为垂轴误差、轴向误差、角向误差。

半导体激光器随着输出功率的提高在各领域的应用日益广泛，但芯片温度升高引起的功率饱和问题仍然是目前研究的重点之一。利用ANSYS软件对工作波长为808nm的单芯片半导体激光器的芯片有源区温度与封装热沉尺寸的关系进行了稳态热分析，模拟得出不同热沉参数条件下封装激光器芯片有源区温度的变化曲线，并提出一种散热较好的结构方案。

随着半导体激光器光源在激光加工领域的应用不断拓展, 研制高耦合效率的半导体激光器光纤耦合模块变得十分重要。为了进一步提高光纤耦合激光二极管模块的输出功率, 本文应用ZEMAX光学设计软件进行仿真模拟, 将12只波长为808 nm、输出功率为10 W的单管半导体激光器通过合束方法高效率耦合进光纤。耦合光纤芯径为150 μm、数值孔径为0.22, 光纤输出功率为116.2 W, 耦合效率为96.8％。

介绍了一种氩、氢混合等离子体清洗GaAs基片的实验工艺, 深入研究了氩、氢等离子体清洗GaAs表面污染物和氧化层, 并活化表面性能的基本原理, 同时讨论了气体流量、溅射功率和清洗时间等不同溅射参数对等离子体清洗效果的影响。结果表明, 在氩气和氢气流量分别为10 cm3/min和30 cm3/min, 溅射功率为20 W, 清洗时间为15 min的条件下, GaAs样品的光致发光强度提高达139.12%, 样品表面的As—O键和Ga—O键基本消失。

利用传输矩阵理论对无光学损耗和有光学损耗的分布布拉格反射镜(Distributed Bragg reflector,DBR)分别进行了结构分析与优化。在光场正入射条件下, 对具有HL、HLH、LH及LHL结构的DBR内部光场分布情况进行了模拟分析和实验验证。结果表明: 光场正入射到DBR后, 在HL及HLH型DBR结构内部的光场分布最弱。当组成DBR的材料层消光系数为0.01时, HL及HLH型DBR内部产生的能流密度吸收量最小, 为其他结构的10%左右, 材料吸收引起的中心波长反射率降低仅为3.6%; 而LH及LHL型DBR结构由于材料吸收而导致反射率降低29.2%。因此, 采用高折射率材料层作为DBR结构的第一层有利于提高DBR反射率, 降低光学吸收。最后, 通过MOCVD外延生长了具有HL结构的吸收型Al0.12Ga0.88As/Al0.9Ga0.1As DBR结构, 并对其反射特性进行了测试。

为了提高半导体激光器的光谱纯度、亮度和工作稳定性，对多环耦合结构的半导体激光器进行了研究。采用多环耦合与弯曲有源波导共端输出结构，使得环形结构激光器输出在光谱纯度、亮度和工作稳定性方面得到了大幅改善。器件水平远场发散角度为2.7°，输出功率达10 mW，在821 nm处的谱线宽度为0.26 nm，实现Q因子达2737。该多环耦合结构器件具有电流对光谱调制特性，调制范围接近15 nm，同时电流对谱线宽度也有一定的调制作用，调制能力在0.2 nm左右。优化后器件输出的谱线宽度变窄，达到0.2 nm，实现Q因子达4040。

为提高940 nm半导体激光器抗灾变性光学损伤(COD)能力，采用无杂质空位量子阱混杂技术制备了带有无吸收窗口的940 nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器。借助光致发光光谱分析了退火温度和介质膜厚度对GaInP/GaAsP/GaInAs单量子阱混杂的影响；通过电化学电容电压(EC-V)方法检测了经高温退火后激光器外延片的掺杂浓度分布的变化情况。实验发现，在875 ℃快速热退火条件下，带有磁控溅射法制备的200 nm厚的SiO2盖层样品发生蓝移达29.8 nm，而电子束蒸发法制备的200 nm厚TiO2样品在相同退火条件下蓝移量仅为4.3 nm。两种方法分别对蓝移起到很好的促进和抑制作用。将优化后的条件用于带有窗口结构的激光器器件制备，其抗COD能力提高了1.6倍。

提出了一种新的半导体激光器增透膜——AlN膜，并用matlab软件模拟分析了不同腔面反射率对激光器输出功率的影响，得到激光器最大输出功率时前后腔面的反射率的最佳值。采用反应磁控溅射技术，利用高纯铝靶(99.999％)和N2+Ar的混合气体在K9玻璃基片上沉积了AlN薄膜。利用Filmetrics系统对薄膜进行光学性能测试，分析了不同工艺参数对薄膜沉积速率和折射率的影响。将最优条件下制得的AlN单层增透膜用于半导体激光器上，光学灾变损伤阈值和器件输出功率都得到了很大的提高。