本文针对激光雷达等中、远距离传感应用, 设计并制备了3结905 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)。通过PICS3D软件对多结VCSEL相邻有源区间距和P型分布布拉格反射镜(DBR)对数进行仿真计算, 设计了具有2λ的相邻有源区间距和14对P型DBR的3结VCSEL。在此基础上, 外延生长和制备了100单元3结905 nm VCSEL阵列, 单元氧化孔径为15 μm。在窄脉冲条件下(脉冲宽度 100 ns, 占空比 0.05%), 该阵列的最大峰值功率达到24.7 W, 峰值功率密度为182 W/mm2。

为了实现极紫外光刻光源驱动激光光斑位置的高精度、宽范围、快响应检测，设计了一种高重复频率窄脉冲信号多通道同步采集处理电路，并提出了基于高斯光斑模型的二级扩展误差补偿算法，可以为极紫外光刻光源驱动激光指向控制提供高精度反馈调节量。首先，介绍了光斑位置检测系统的结构组成与四象限探测器的基本检测原理；然后在考虑探测器半径、光斑半径以及沟道宽度等因素影响的前提下对误差补偿函数进行改进，并对改进的二阶扩展误差补偿算法进行了仿真分析；接着介绍了用于高重复频率窄脉宽信号的多通道同步高速采集电路；最后搭建了实验平台，对改进的算法进行验证。实验结果显示，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差为0.0042，最大绝对误差为0.0092 mm，绝对误差的平均值为0.0034 mm；与二阶误差补偿算法相比，二阶扩展误差补偿算法的均方根误差、最大绝对误差和绝对误差的平均值分别降低了83.06%、85.28%和83.50%。表明二阶扩展误差补偿算法与二阶误差补偿算法相比，具有明显的优越性及实用性，在扩展了光斑位置检测范围的同时，光斑位置的检测精度也得到了明显的提升，解决了传统算法无法兼顾计算速度与检测精度的问题。

介绍了基于电光调Q与MOPA技术的高重频、窄脉宽的1 064 nm和532 nm双波长固体激光器。采用Nd:YVO4晶体作为激光增益介质，加以电光调Q，得到1 064 nm本振激光输出，为获得稳定脉冲激光输出，在激光器本振级的基础之上，再将其进行两级行波放大，当两级放大级泵浦电流均为6.7 A，重复频率为10 kHz时，实现了输出功率为31.4 W，脉宽为6.2 ns的基频光输出，功率稳定性RMS为0.25%，采用腔外倍频获得16.6 W的532 nm激光输出，1 064 nm基频光到532 nm倍频光的转换效率可达53%。

激光雷达被广泛应用在无人驾驶、测量测绘等领域，为降低功耗、成本和体积，脉冲式半导体激光器成为激光驱动电路的首选。在此背景下，以电感为储能元件对一种窄脉宽大电流半导体激光驱动电路进行了优化设计。在详细介绍驱动电路的工作原理的基础上，重点研究了储能电感值大小与电路功耗的影响关系。运用ORCAD PSPICE仿真软件建立了驱动电路仿真模型，总结出影响脉冲电流的脉宽、峰值和波形振荡的主要因素。测试表明，在电路重复频率为10 kHz的条件下，储能电感功率损耗为59 mW，驱动电路的脉宽为3.8 ns，上升沿为3.5 ns，下降沿为3.7 ns，峰值电流为132 A，激光器输出峰值光功率约为326 W。

采用门控淬灭技术的单光子探测更容易实现高速探测，并且使用寿命更长。门控信号的宽度与探测噪声及探测效率直接相关。基于高速D触发器特性以及高精度可编程延迟芯片，提出了一种频率和门控信号宽度可调的脉冲信号产生方法。通过对芯片特性进行研究，设计了实验电路并对实验结果进行了展示和讨论。结果表明，该方法能够产生最小门宽1 ns、最大频率100 MHz的门控信号。

在飞行时间测距（TOF）的脉冲激光雷达（lidar）中, 激光器驱动十分重要, 其性能直接影响激光雷达系统的作用距离、信噪比和虚警率等指标, 是激光雷达的关键组成部分。本文在目前常见的激光器驱动电路模型基础上进行创新, 在储能电容的充电电路中引入适当电感, 形成电阻电感电容（RLC）二阶微分振荡电路, 可以大幅度提高脉冲激光器的驱动电压, 从而提高驱动电流, 驱动激光器产生大功率、窄脉宽的激光。经过理论计算、软件仿真和实验验证, 引入适当的电感可以将脉冲激光器的驱动电流提高85%以上, 输出功率提高114%以上。