对808 nm的InAlGaAs/AlGaAs半导体激光器芯片的波导厚度进行了优化，研究发现N波导与P波导厚度比值为1.8时芯片电光转换效率最高。基于上述高效率芯片研制出Chip-on-submount(COS)单管和光纤芯径62.5 μm、数值孔径0.22的光纤耦合模块，并研究了两种器件在-10~90 ℃范围内的效率特性。结果显示，温度由-10 ℃升高到90 ℃，COS单管的载流子泄漏占比由1.18%增加到16.67%，光纤耦合模块的载流子泄漏占比由1.99%增加到17.73%，表明温升引起的载流子泄漏加剧是导致电光转换效率降低的主要因素。此外，还研究了高温老炼、热真空、空间辐照对光纤耦合模块电光转换效率的影响，并揭示了导致器件电光转换效率降低的内在因素。

对于光纤耦合式太赫兹时域光谱系统, 其工作稳定性主要受限于光学延迟线延迟扫描过程中的插损稳定性。为了解决这一问题, 设计了一种新型的高稳定光学延迟扫描装置。将新型光学延迟线与传统光学延迟线进行光学仿真公差分析表明, 当其内部的角锥反射镜和光纤准直器具有相同程度的倾斜和偏心条件时, 新型光学延迟线所获得的耦合效率波动量远小于传统光学延迟线。通过太赫兹时域波形对比结果表明, 使用其方案所设计的新型光学延迟线所获得的太赫兹时域信号峰值波动量仅有传统光学延迟线的1/4。为提升光纤耦合式太赫兹时域光谱系统的稳定性提供了一种可行性方案。

为了实现超高速的声光调制, 该文提出了一种光纤耦合声光调制器键合膜系的设计与仿真方法。利用该方法设计并制作了一款工作频率为200 MHz、10 ns光脉冲上升时间的光纤耦合声光调制器。器件采用TeO2作为声光介质, 36°Y-切LiNbO3作为压电换能器晶片, 衬底层采用高纯度Cr, 键合层为高纯度Au, 结果表明器件性能测试良好。

为实现亮度均匀、形状对称、高对称光束质量的高功率半导体激光输出, 提出了一种基于mini-bar芯片的高功率光纤耦合系统设计方案, 使用Zemax设计了一套针对200 μm/NA0.22多模光纤的500 W级光纤耦合输出系统。设计使用反射镜-条纹镜系统实现单列叠层微通道封装芯片快轴方向光束的尺寸压缩, 并结合偏振合束技术在不改变光束束参积的条件下将功率提高一倍, 并使用慢轴扩束系统压缩慢轴方向发散角, 最后采用非球面透镜耦合进目标光纤。在设计的基础上采用4列叠层微通道封装的叠阵(每列包含5个mini-bar芯片)进行了等效验证实验, 在注入电流为37 A时得到稳定输出功率506 Ｗ的小型化模块, 亮度达10.3 MW/(cm2·sr), 电光效率为43.0%。设计和实验共同表明, 该光纤耦合模块可实现500 W稳定功率输出, 可广泛应用在光纤/固体激光泵浦及工业加工等领域。

采用负本征值描述两个子系统间的纠缠，研究了光纤耦合腔模型中每个腔囚禁原子系综的情况下，两腔场间和腔场与原子系综间的纠缠特性。讨论了原子系综所含的原子数以及光纤模与腔模间耦合系数对纠缠特性的影响。研究结果表明，随着原子数的增大，两腔场间纠缠以及腔场与原子系综间纠缠的拉比振荡频率都增大；随着光纤模与腔模间耦合系数的增大，两腔场间纠缠和腔场与原子系综间的纠缠都增强。

针对半导体激光器在工业领域的应用和光纤耦合可以实现柔性传输的特点, 设计了光纤耦合半导体激光模块。采用光束整形技术、空间合束、偏振合束和光纤耦合等技术, 将两组共10个整形后的半导体标准阵列进行合束, 扩束后耦合入芯径400 μm、数值孔径0.22的镀增透膜光纤。在工作电流70 A时, 光纤耦合前功率为545 W, 光纤耦合后功率为518 W, 光纤耦合效率高于95%, 得到很高的光纤耦合效率, 电光转换效率为43%, 为下一步千瓦级光纤耦合半导体激光器的制备奠定了基础。

针对高功率半导体激光器存在的光束质量差、单元功率低的缺点，利用合束技术来提高激光功率及光束质量，配合QBH光纤前端帽优化聚焦镜以实现高效耦合。采用11个条宽5.4 mm的迷你线阵合束，通过光束整形、空间合束、偏振合束和波长合束，聚焦耦合进200 μm/0.2光纤。在50 A电流下，实现连续386 W输出，功率密度为1.23 MW/cm2，电光效率为43.6%。在200 W的功率下，该激光器可以切割厚度为1 mm的不锈钢薄板。

根据单管半导体激光器出射光束特点，分别采用1/e2、环围能量以及二阶矩定义描述光束束宽，在高斯光束近似下采用双曲线拟合法测算得到不同方法定义束宽时的光参数积(BPP)，并与芯径为105 μm、数值孔径为0.2 的光纤所能接受的最大BPP 进行比较。对该单管半导体激光器进行光纤耦合，实验中单管半导体激光边模数量随注入电流的增大逐渐增多，光束质量的恶化导致其光纤耦合效率逐渐降低，当注入电流由1 A 增大到13 A 时，光纤耦合效率由96.5%降为88.8%。研究表明以二阶矩定义束宽半径测算光参数积BPP 去描述与评价单管半导体激光器光束质量特征是最为准确合理的。

采用光纤耦合半导体激光器(LDF4000-40)组成的焊接系统，研究了其在汽车制造领域对不等厚(厚度t=0.7/1.4 mm)镀锌钢板的焊接性能。试验结果表明，与CO2激光焊接相比，光纤耦合半导体激光焊接过程更加稳定，焊缝成型美观且更易控制，焊接速度得到大幅提高；镀锌钢板焊接接头的拉伸强度和延伸率满足汽车行业的标准要求，且断裂位置在母材上；镀锌钢板焊缝金属由铁素体和部分珠光体组成，焊缝金属硬度相比于母材提高50%；在同等激光输出功率条件下，光纤耦合半导体激光与CO2激光比较，其焊接速度提高1.2 倍以上。