比较了宽带天线和窄带天线的优缺点，设计了一种用于太赫兹无线通信的双频天线.其是由两个分层且垂直分布的偶极天线组成，两天线处于高度不同的介质层上以避免互相干扰和短路，并具有各自的THz扼流圈以提高性能.上层天线通过介质层开孔处的金属探针连接到低温砷化镓衬底，实现了和下层天线共用一个光照区.上层和下层天线尺寸不同，具有不同的工作频率，在各自的偏置电压回路控制下，不需要调整泵浦光就能实现垂直偏振的双频工作.通过调整尺寸，还可使工作频率落在不同的大气窗口内.在0.21 THz、0.35 THz、0.41 THz、0.68 THz、085 THz和0.93 THz等大气窗口内，其保持了偶极天线在单频点具有较高性能的优点: 最佳总效率分别为149%、28.4%、33.9%、28.4%、21.6%和19.8%，最大实际增益分别为2.99 dB、10.6 dB、11.8 dB、18.4 dB、18.2 dB和18.3 dB.

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.

对AlGaInAs多量子阱1 300 nm FP激光器进行反射式倒装封装，在热沉上靠近激光器出光端面约10~20 μm的区域采用Au反射层，对器件垂直方向出光进行反射。测试结果显示，与常规封装相比，采用这种结构封装芯片垂直发散角从34.5°降低至17°，器件单模光纤的平均耦合功率从1 850 μW提高至2 326 μW，耦合效率从21.1%提高到26.5%。对两种激光器进行光电参数的测量，结果表明：与常规封装器件相比，采用反射式倒装结构器件的饱和电流从135 mA提高至155 mA，饱和输出功率从37 mW提高至42 mW，热阻从194 K/W降低至131 K/W。最后对两种器件在95 ℃环境温度、100 mA电流下进行加速老化实验，老化结果显示：在老化条件下，器件衰退系数从常规封装的4.22×10-5降低至1.06×10-5，寿命从5 283 h提高至21 027 h。

对AlGaInAs多量子阱FP TO-56半导体激光器在不同环境温度、相同发热量下测量出光波长的变化来分析器件波长温度变化系数; 并对器件在室温、不同发热功率下的出光波长变化进行测量, 分析计算得到器件热阻为183K/W.接着对器件进行不同高温应力试验, 结果显示：环境温度从120℃增加至220℃时, 器件峰值波长发生缓慢蓝移; 当环境温度达到225℃时, 器件波长发生明显蓝移, 从试验前1 297 nm蓝移至1 265 nm; 温度继续增加至235℃, 波长蓝移至1 258 nm, 同时光谱模式间隔从试验前0.92 nm降低至0.84nm, 即模式有效折射率从3.66增加至3.77; 温度继续增加至240℃, 器件失效无光.其主要原因可能为：高温应力下, 激光器外延材料中波导层、量子阱量子垒中的Al、Ga、In金属元素往有源区方向迁移使得量子阱有效禁带宽度以及有源区波导折射率增大.该试验结果为进一步分析器件高温下器件的失效机理以及改善器件高温性能提供试验基础.

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。

采用多量子阱掩埋条形(BRS)增益芯片和拉锥光纤布拉格光栅(FBG)，制作了1.5 μm 波段FBG 外腔式窄线宽半导体激光器。封装后器件实现了全电流范围内稳定单模窄线宽激光输出。30~250 mA 驱动电流下线宽小于15.48 kHz，实测最小线宽为6.42 kHz，频率稳定度为7.2×10-8/s，边模抑制比大于40 dB，最大出纤功率大于10 mW。这种集成窄线宽激光器性能优异，且制作成本低，工艺简单，适于批量生产，可应用于400 Gb/s相干通信系统的发射源与接收机本振源。