为了应对共封装光学(CPO)系统对硅光外置光源提出的高功率、低噪声、低功耗等要求, 设计了一种波长在1310nm附近的AlGaInAs多量子阱(MQW)高功率连续波(CW)分布反馈(DFB)激光器芯片。通过在有源层MQW的下方插入一层InGaAsP远场减小层, 实现光模场向n型包层下移, 减小远场发散角的同时降低了量子阱区的光限制因子和整体的光吸收损耗, 制作的激光器可以实现高斜率效率、非致冷高温高功率工作。测试结果显示, 该激光器在25℃下, 阈值电流为20mA, 斜率效率为0.46W/A, 输出功率为173mW@400mA; 当注入电流为300mA时, 激光器的水平和竖直发散角分别是15.2°和19.1°, 边模抑制比大于55dB, 洛伦兹线宽小于600kHz, 相对强度噪声(RIN)小于-155dB/Hz; 在85℃高温下, 激光器阈值电流为32mA, 输出功率达到112mW@400mA。

为研制符合高线性大功率的应变多量子阱激光器，文章在理论上计算了应变补偿，实验选用了金属有机物化学气相沉淀(MOCVD)工艺来研制生长AlGaInAs应变补偿多量子阱结构，最终有源区采用了7组张压应变交替的势垒和势阱层。激光器样本芯片采用共面电极结构，使得激光器的工作电流无需通过衬底，从而降低了激光器工作电容，其电容与传统激光器相比得到相应地减小，提高了激光器的光电特性。实验室制作出了应变多量子阱激光器样本芯片，光荧光分析得出光致发光谱，激射波长为1 304 nm；阈值电流为Ith≤9 mA；单面斜率效率为0.44 W/A。测试结果表明该器件有良好的性能参数。

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.

为了优化在长距离光纤通讯系统中采用的1.31μm波长的量子阱激光器, 对AlGaInAs/InP材料的有源区应变补偿的量子阱激光器进行了设计研究。采用应变补偿的方法, 根据克龙尼克-潘纳模型理论计算出量子阱的能带结构, 设计出有源区由1.12%的压应变AlGaInAs阱层和0.4%的张应变AlGaInAs垒层构成。使用ALDS软件对所设计出的器件进行了建模仿真, 对其进行了阈值分析和稳态分析。结果表明, 在室温25℃下, 该激光器具有9mA的低阈值电流和0.4W/A较高的单面斜率效率; 在势垒层采用与势阱层应变相反的适当应变, 可以降低生长过程中的平均应变量, 保证有源区良好的生长, 改善量子阱结构的能带结构, 提高对载流子的限制能力, 降低阈值电流, 提高饱和功率, 改善器件的性能。

考虑光场限制因子、温度变化和阱间载流子非均匀分布,给出AlGaInAs多量子阱增益求解的分析模型。对量子阱应变量、阱宽和载流子浓度对材料增益TE模和TM模的影响进行了分析。设计出C波段内增益低偏振相关的混合应变多量子阱结构。在15～45 ℃温度范围,其模式增益具有低的偏振相关性(2%以内);当注入载流子浓度从2×1024 m-3增大到3×1024 m-3时,模式增益逐渐增大,且能在一定温度下保持低的偏振相关(3%以内)。

基于AlGaInAs多量子阱高速电吸收调制器(EAM)集成光源, 构建了微波光纤传输链路, 并研究了掺铒光纤放大器(EDFA)对其链路特性的影响, 实现了40GHz频段97.4dB·Hz2/3的无失真动态范围。

为了提高852 nm半导体激光器的温度稳定性，理论计算了InGaAlAs、InGaAsP、InGaAs和GaAs量子阱的增益，模拟对比并研究了不同量子阱的增益峰值和峰值波长随温度的漂移。结果显示，采用In0.15Ga0.74-Al0.11As作为852 nm半导体激光器的量子阱可以使器件同时具有较高的增益峰值和良好的温度稳定性。使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了压应变In0.15Ga0.74Al0.11As单量子阱852 nm半导体激光器，实验测得波长随温度漂移的数值为0.256 nm/K，实验测试结果验证了理论计算结果。

研究了生长温度和中断时间对AlGaInAs/AlGaAs量子阱外延质量的影响，并使用金属有机化合物汽相沉积(MOCVD)外延生长了AlGaInAs/AlGaAs量子阱和852 nm半导体激光器。通过使用反射各向异性谱(RAS)和光致发光谱在线监测和研究了AlGaInAs/AlGaAs界面的外延质量。研究结果表明高温生长可以导致从AlGaInAs量子阱层到AlGaAs势垒层的In析出现象。通过优化生长温度和在AlGaInAs/AlGaAs界面处使用中断时间，可以有效抑制In析出，从而获得AlGaInAs/AlGaAs陡峭界面。使用优化后的外延生长条件，外延生长了整个852 nm半导体激光器，使用RAS在线监测了激光器的外延生长过程，可以有效地分辨出不同外延层和生长阶段。

利用通过金属化学气相沉积法长成的AlGaInAs饱和吸收体,对808 nm LD泵浦的Nd∶YVO4键合晶体进行被动调Q，获得了波长为1.06 μm的激光脉冲，测量了脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复率随泵浦功率的变化.当泵浦功率为10.57 W时，激光平均输出功率为3.45 W，斜效率为39%，重复频率达到最大值101 kHz.当泵浦功率为8.07 W时，脉冲宽度达到最小值1.76 ns.利用速率方程对该激光器进行理论分析，计算出输出脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度和重复频率的理论值，实验结果和理论结果基本一致.