高速光通信、高分辨率光传感等领域的发展迫切需要窄线宽激光器，半导体激光器凭借其高可靠性、高转化效率以及易于集成等优点得到广泛应用。当前，虽然实验已发现在弱耦合条件下，互注入锁定激光器可以显著改善半导体激光器的线宽，但缺乏稳定性分析的有效手段以及关键参数对线宽影响的深入分析。本文使用基于传输矩阵理论的阈值增益分析模型定性分析了互注入锁定激光器的稳定性，并应用基于噪声相关性的迭代噪声模型深入分析了线宽的主要影响参数，为窄线宽互注入锁定半导体激光器的应用提供参考。

量子阱由于受到受限势的限制作用会体现出特殊的物理特性, 在实验中发现量子阱的生长方向受限势必须是强受限势而另外两个方向为非强受限势, 所以本文在量子阱的生长方向施加非对称半指数受限势构成了非对称半指数势量子阱, 为了深入了解非对称半指数量子阱的结构特征, 在其垂直量子阱的生长方向施加各向异性抛物势, 同时又增加了磁场对量子阱中电子的限制作用, 研究了磁场对该量子阱中弱耦合极化子的影响。通过两次幺正变换和线性组合算符推导出弱耦合极化子的振动频率随抛物势的x与y方向的受限强度、磁场的回旋频率及非对称半指数受限势的两个参数的变化关系。并以处在非对称半指数量子阱中的GaAs半导体晶体进行模拟计算, 结果表明: 当x与y方向的受限强度及磁场的回旋频率取定值时非对称半指数量子阱中弱耦合极化子的振动频率是受限势参量U0的增函数, 而它是另一个参量σ的减函数, 参数的改变是电子声子间耦合加强促进了极化子的形成。当磁场回旋频率及参量U0和σ取定值时, 极化子的振动频率是各向异性抛物势的x方向和y方向的受限强度的增函数, 这体现了量子的尺寸限制效应, 此外, 由于磁场回旋频率随磁场的增大而增大, 磁场回旋频率增大时会使极化子受到更强的约束作用, 所以振动频率加强。当y方向的受限强度及参量U0和σ取定值时极化子的振动频率是磁场的回旋频率的增函数。

利用 LLP 幺正变换与线性组合算符相结合的方法研究了磁场作用下单层过渡金属硫族化合物 (TMDs) 中弱耦合极化子基态能量的性质, 获得了单层过渡金属硫族化合物中弱耦合极化子的基态能量与磁场、声子的德拜截止波数 (DW)、内部距离和本征极化率参数之间的依赖关系。计算结果表明: 单层过渡金属硫族化合物弱耦合极化子的基态能量为外加磁场和本征极化率参数的增函数、声子的德拜截止波数和内部距离的减函数。

二维半导体具有独特的二维材料属性、新奇的谷电子能带结构和丰富的调控自由度,为凝聚态物理、光学等领域的研究带来了机遇。然而,这些研究依然存在许多根本问题,例如光的利用效率低、量子特性易受环境扰动等。将二维半导体和精密微纳光腔进行耦合不仅为这些问题的解决提供了合适的方案,还展现了前所未有的新颖光学效应,从而为二维半导体的基础物理研究和光电应用开拓了新的研究方向。对近10年来微纳光腔中二维半导体中的光与物质耦合的研究进展进行梳理,重点讨论了二维半导体的光学特性,以及二维半导体与微纳光腔的不同耦合区域的研究进展、调控机制及其在纳米激光光源、谷电子学、量子光学等方面的潜在应用,并对未来的发展方向和机遇进行展望。

当金属-分布式Bragg反射镜-金属（M1-DBR-M2）结构中的DBR周期数比较大时, M1-DBR-M2中的两光学Tamm态（OTS）发生弱耦合。 通过研究M1-DBR-M2结构中OTS弱耦合情况下的反射光谱和OTS本征波长电场分布, 揭示了弱耦合情况下的OTS和光隧穿效应。 研究结果表明： 在弱耦合情况下, 金属薄膜M1的厚度影响了OTS的本征波长, 而金属薄膜M2的厚度对OTS的本征波长没影响。 虽然弱耦合情况下只能激发M1-DBR交界面处的OTS1, 但电场局域现象并不是仅仅发生在M1-DBR交界面处, 光可以穿过DBR到达并被局域在DBR-M2交界面处, 存在光的隧穿效应。 光隧穿效应的强弱与两OTS的本征波长失谐量大小有关, 本征波长失谐量越小, 光隧穿效应越强。 两OTS的本征波长失谐量的大小, 也影响了光在M1-DBR-M2结构中局域的强弱, 本征波长失谐量越小, 光的局域现象越强, 反射光谱中凹峰处的反射率越小。

利用LLP幺正变换与线性组合算符相结合的方法研究了单层石墨烯(MG)中弱耦合极化子的性质。得出了单层石墨烯中弱耦合极化子的基态能量、第一激发态能量和跃迁能与振动频率、声子的德拜截止波数之间的依赖关系。结果表明,单层石墨烯中极化子的基态能量、第一激发态能量和跃迁能均为德拜截止波数的增函数；当振动频率增大时,基态能量随之增加,第一激发态能量先增加后减小再增加,直到趋于稳定的值,跃迁能量先增加后减小。