首次报道了连续输出功率>1 W、脉冲输出功率>10 W的1550 nm波长垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）阵列。对1550 nm VCSEL激光器单个发光单元的热阻特性进行了分析，建立了基于热阻分析及可变产热量的VCSEL阵列热模型，优化了VCSEL发光单元间距，在理论上保证了阵列内部具有均匀的温度分布。制备了发光单元边缘间距为30 μm的高密度集成1550 nm波长VCSEL阵列，并对其在连续工作及脉冲电源驱动条件下的输出特性进行了测试分析。当VCSEL阵列的工作温度为15 ℃时，最高连续输出功率达到1.05 W；即使工作温度增加至65 ℃，VCSEL的最高连续输出功率仍能达到0.42 W。在脉宽为5 μs、重复频率为1 kHz的脉冲条件下，VCSEL在15 ℃时的最大峰值功率达到10.5 W，此时VCSEL呈现出热饱和现象。当脉冲功率为10.5 W时，阵列远场的光斑仍然呈圆形对称形貌，两个正交方向上的远场发散角分别为26.69°和26.98°。

为了提高808 nm激光器对固体激光器的泵浦效率，对其波长稳定性进行了研究。阐述了光栅设计的理论基础。将纳米压印、干法刻蚀及湿法腐蚀工艺相结合，制备了含有一阶光栅的808 nm分布反馈（DFB）激光器阵列。在准连续条件（脉宽为200 μs，频率为20 Hz）下对所制备的激光器进行性能测试。测试结果表明：所制备的808 nm DFB激光器阵列的发射波长随温度的漂移系数为0.06 nm/℃，温度锁定范围可达70 ℃（-10~60 ℃），随电流的漂移系数为0.006 nm/A。

提出了一种千瓦级半导体激光器叠阵中单巴条的激光功率和光谱参量的集成测试技术。利用自主研发的光阑将激光器叠阵中任意单巴条的光束与其他巴条的光束分离，并利用积分球对分离出的单巴条光束的功率和光谱参量进行集成测试，再与整个激光器叠阵的功率和光谱参量的集成测试结果进行比对。实验结果表明：利用自主研发的光阑实现了将1 kW激光器叠阵中任意单巴条光束与其他巴条光束的分离，光阑对单巴条光束的透过率为98%；结合积分球集成测试系统实现了激光器叠阵中所有巴条的单独测试，解决了激光器叠阵中单巴条测试需要拆封的传统问题。此外该系统实现了对整个激光器叠阵的快速扫描测试，可直观反映激光器叠阵中每个巴条的情况。

针对半实物仿真系统的需求，基于系统级封装技术提出了一款由垂直腔面发射激光器（VCSEL）激光器阵列、激光器驱动芯片、电源芯片等组成的微系统，并介绍了基于微机电系统微纳加工技术的VCSEL激光器阵列的制造工艺流程。该激光器的封装方法具有集成度高、可靠性高等特点，相比于其他驱动及封装方法大大提高了驱动效率和空间利用率，因此在光学成像、通信、互联等领域具有广泛应用前景，为实现半实物仿真中激光成像发生器奠定了基础。

分析了热沉和陶瓷基板对背冷式封装结构半导体激光器阵列性能的影响。通过栅格化厚铜填充技术降低了复合金刚石热沉的等效电阻, 并实现了热膨胀系数匹配; 采用热沉和陶瓷基板嵌入焊接技术, 提高了封装散热能力和稳定性。制作了间距为0.4mm的5Bar条芯片阵列样品, 在70℃热沉温度、200A工作电流(占空比为1%)条件下进行性能测试, 结果显示器件输出功率为1065W、电光转换效率为59.2%。在高温大电流条件下进行了1824h寿命试验, 器件表现出良好的可靠性。

提出一种基于AlGaInAs材料的1.55-μm波段的大功率、高速直调分布反馈(DFB)激光器阵列。采用具有良好温度特性和高微分增益的AlGaInAs材料作为量子阱和波导层以实现大功率与高带宽的输出;引入稀释波导结构来减小有源区内部损耗,同时降低远场发散角;采用悬浮光栅并优化耦合系数以实现大注入电流下的单模稳定工作。最终实现了1.5-μm波段5波长的大功率直调激光器阵列,阵列波长间隔约为5 nm,室温连续波(CW)工作时各通道输出光功率均大于100 mW,单通道最大输出光功率为160 mW,500 mA工作电流范围内边模抑制比大于55 dB,小信号调制带宽可达7 GHz,激光器最小线宽为520 kHz,相对强度噪声低于-145 dB/Hz。

随着半导体激光器输出功率的进一步提高, 热管理已经成为制约其性能和可靠性的关键瓶颈之一。利用有限元方法对千瓦级高功率传导冷却型(G-Stack)半导体激光器阵列的热特性进行数值模拟与分析。结果表明工作脉宽大于250 μs时器件各发光单元之间会发生严重的热串扰现象。在横向及垂直方向的热量分别为64.7％与35.3％, 横向方向热阻的74.9％及垂直方向热阻的66.5％来自CuW, 表明CuW对于激光器的散热性能有着决定性的影响。实验测试了器件在不同占空比条件下的光谱特性, 得到工作频率分别为20、30、40 Hz相对50 Hz的温差分别为2.33、1.56、0.78 ℃, 根据累积平均温度法计算得到的温差分别为2.13, 1.47, 0.75 ℃, 理论模拟结果相对于实验结果的平均误差小于6.85%, 结果表明理论模拟结果和实验瞬态热阻基本吻合。

基于VCSEL激光器阵列和PIN探测器阵列, 设计和制作了40Gbit/s甚短距离的4通道发射4通道接收并行光收发模块。通过高速电路信号仿真设计, 解决了信号完整性、串扰和电磁兼容等问题; 通过键合金丝长度设计增加了通道带宽。光模块单通道传输速率可达到5Gbit/s, 8通道并行总传输速率达到40Gbit/s, 实现了并行光收发模块高速率、高密度、高可靠性以及小体积设计, 为甚短距离高速数据处理和传输提供了高可靠的多路数据链接。

研究了CH4/H2/Cl2感应耦合等离子体刻蚀技术中的关键工艺参数对刻蚀性能的影响。通过对CH4/H2/Cl2气体流量及流量比的优化，在自行设计的InP/InGaAlAs多量子阱结构的外延片上，实现了一种高速低损耗、形貌良好的Bragg光栅制作方法。基于优化后的工艺参数制作了多周期结构的λ/4相移光栅，实现了单片集成的四波长1.3 μm分布反馈式激光器阵列。该激光器阵列中激光器的阈值电流典型值为11 mA，外微分效率可达0.40 W/A，且实现了边摸抑制比大于46 dB的稳定的单纵模激光输出。研究结果表明优化后的ICP光栅刻蚀工艺具有良好的刻蚀精度和可靠性。

近年来, 单片集成的多波长激光器阵列作为波分复用(WDM)系统的理想光源而成为研究热点。通过重构-等效啁啾(REC)技术实现了一种低成本的分布反馈式(DFB)激光器阵列光源模块, 采用掺铒光纤放大器(EDFA)对该激光器阵列的输出进行了光学放大, 并通过PID控制程序对光源输出进行稳定化调节。光源模块中各通道激光器的中心波长间隔均匀, 平均间隔为1.64 nm, 波长间隔的误差小于0.2 nm。光源所输出的总光功率大于50 mW, 输出光功率变化小于0.02 dBm。