半导体分布反馈（DFB）激光器的核心工艺之一是分布反馈光栅的制作, 设计了808 nm DFB激光器的一级光栅结构。利用纳米压印技术与干法刻蚀附加湿法腐蚀制作了周期为120 nm的梯形布拉格光栅结构, 使用MATLAB和Pics3D软件模拟了一次外延结构的光场分布和能带图。通过优化湿法腐蚀所用腐蚀液各组分比例、腐蚀温度、腐蚀时间等条件, 得到了理想的湿法腐蚀工艺参数。扫描电子显微镜表征显示, 光栅周期为120 nm, 光栅深度约为85 nm, 占空比约为47%, 光栅边缘线条平直, 表面平滑, 周期均匀。创新型的引入湿法腐蚀工艺和腐蚀牺牲层使光栅表面的洁净度得到保证, 提高了二次外延质量的同时,也为进一步制作DFB激光器高性能芯片奠定了良好的基础。

针对半导体激光器腔面光学灾变损伤的发生机制, 设计了一种单管芯半导体激光器腔面真空解理钝化工艺方法。在真空中解理并且直接对半导体激光器腔面蒸镀钝化膜, 提出用ZnSe材料作为单管芯半导体激光器真空解理工艺的钝化膜材料, 发现利用真空解理钝化工艺方法和ZnSe材料作为钝化膜可以使器件输出功率提高23%。通过电致发光(EL)对半导体激光器腔面损伤机理进行分析。进一步说明对915 nm半导体激光器制备工艺中引入真空解理钝化工艺技术并且选择ZnSe作为钝化膜可以有效保护半导体激光器腔面, 提高器件可靠性。

为了提高915 nm半导体激光器腔面抗光学灾变的能力, 采用基于SiO2薄膜无杂质诱导量子阱混合法制备符合915 nm半导体激光器AlGaInAs单量子阱的非吸收窗口.研究了无杂质空位诱导量子阱混合理论及不同退火温度、不同退火时间、SiO2薄膜厚度、SiO2薄膜折射率、不同盖片等试验参数对制备非吸窗口的影响, 并且讨论了SiO2薄膜介质膜的多孔性对无杂质诱导量子阱混合的影响.实验制备出蓝移波长为53 nm的非吸收窗口, 最佳制备非吸收窗口条件为退火温度为875℃, 退火时间为90s, SiO2薄膜折射率为1.447, 厚度为200 nm, 使用GaAs盖片.

利用空间合束技术和光纤耦合技术将9只波长为915 nm单管芯半导体激光器高效率耦合进光纤中, 制备出具有高功率、高亮度输出光纤耦合模块。应用ZEMAX光学软件进行模拟仿真后通过实验验证, 光纤耦合模块可以通过芯径105 μm、数值孔径0.22的光纤输出大于110 W的功率, 并且亮度达到8.64 MW/(cm2·sr)。

优化设计了975nm分布反馈激光器的一级布拉格光栅结构。将纳米压印技术与干法刻蚀工艺相结合制备周期为148nm的光栅结构, 通过优化调整刻蚀气体流量比、腔室压强和偏压功率等参数, 得到了合适的光栅刻蚀工艺参数。扫描电子显微镜测试显示, 光栅周期为148nm, 占空比接近50%, 深度合适, 表面形貌、连续性和均匀性良好。将所制备光栅应用于975nm分布反馈激光器中, 激光器输出性能良好, 波长随温度漂移系数小, 光栅对波长的锁定效果良好。

980 nm 波段的大功率半导体激光器作为抽运源有很重要的应用，但目前该类器件存在光束质量差和谱宽较宽的问题，影响其抽运效率和稳定性。为提高大功率半导体激光器的抽运效率，就要减小其光谱宽度，提升光束质量。而大功率基横模分布反馈激光器(DFB)通过在器件内部引入分布反馈光栅可以实现窄线宽激光的波长稳定输出，并通过优化脊型波导条件来实现基横模模式输出，提升光束质量。测试该器件的光电特性，1000 μm 腔长器件的阈值电流约为6 mA，斜率效率为0.71 W/A，最大稳定输出功率为130 mW。该激光器的波长随温度漂移系数为0.064 nm/K；对其远场发散角进行测量，得到快轴发散角为34°，慢轴发散角为6.3°。

自行设计实验，采用CCD采集光纤末端输出的光斑，利用Matlab编写程序，分析了光纤输出光斑的光密度分布规律，并利用三维立体图进行直观表示。研究了光纤尺寸、数值孔径和弯曲程度对输出光斑均匀性的影响,结果显示，光纤越长，输出光斑越均匀；芯径与所用光源的尺度越接近，输出光斑越均匀；光纤弯曲后，光斑变得模糊化、均匀化，但光强变弱。

对GaAs基半导体激光器真空解理钝化工艺进行了研究, 发现在高真空条件下解理和钝化GaAs基半导体激光器能有效减少激光器腔面缺陷, 从而抑制非辐射复合。通过测试光致发光(PL)谱线和X射线光电子能谱(XPS)发现, 经过超高真空解理钝化的GaAs基半导体激光器bar条的光致发光特性比没有经过真空解理钝化获得比较大的提升, 并且bar条表面污染率有很大改观。对真空解理钝化工艺的钝化膜的厚度进行了优化。

大功率半导体激光器一般用作抽运源，但其抽运的离子吸收峰带宽一般都比较小。为提高大功率半导体激光器对固体或光纤激光器等的抽运效率，就要降低半导体激光器的输出波长随注入电流和热沉温度的漂移系数。分析了光栅深度和光栅填充因子对激光器输出波长锁定效果的影响，实验验证确定出合适的光栅参数，依据优化条件得出合适的激光器腔长，制备出锁定效果良好的宽条分布反馈激光器。该激光器的单管腔长2.4 mm，发光条宽100 μm，连续最大输出功率400 mW，热沉温度为15 ℃时的输出波长为954 nm，输出波长随注入电流的漂移系数为0.67 nm/A，输出波长的温漂系数为0.046 nm/K。

理论分析了p型波导层厚度对半导体激光器阈值电流、内损耗以及串联电阻的影响,优化得到该参数对器件电光转换效率的影响。由此设计了波导结构,并制作了波长为980nm非对称高效率半导体激光器。器件的光电特性测试为:腔长为1500 μm,20％占空比的巴条的阈值电流以及串联电阻分别为7.3 A和4.8 mΩ,内损耗低至0.78 cm-1。微通道封装1 cm 激光二极管列阵连续工作条件下最大电光转换效率为63.2％,相应的斜率效率和输出光功率分别为1.17 W/A和36.2 W,最大输出功率可达139.6 W。实验结果表明:通过优化p型波导层厚度,有效地提高器件电光转换效率。