基于商用单模掺铥石英光纤设计了高功率2.05 μm波段全光纤主振荡功率放大器（MOPA）。以自制环形腔掺铥光纤激光器为种子，利用级联滤波型波分复用器优化长波长种子的光信噪比，基于MOPA结构实现了高效的高功率输出。基于速率方程模型，理论分析了主放大级的注入信号光功率和增益光纤长度的优化关系；实验中在102.6 W的793 nm泵浦功率下获得了输出功率为57 W、光谱线宽为0.08 nm、光信噪比为58.8 dB的单横模激光输出，主放大级斜效率为52.6%。

针对光混沌保密通信中信息同步条件苛刻的问题，提出一种基于光混沌的双向通信系统。首先，通过半导体激光器（SL）发出的2束激光与部分半透明光学反射镜进行耦合，产生混沌动力，并根据SL的延迟速率方程，设置2个SL的内部参数产生同步的混沌载波；然后，通过监测两端信息的同步误差，并与接收端信息比较，得到解密信息。仿真分析了系统的同步性、信息解密过程、鲁棒性。仿真结果表明，该系统能实现同步通信，恢复出保密信息，鲁棒性较好。

光子晶体面发射激光器基于光子晶体能带带边模式，形成二维微腔谐振，继而实现光增益和激射，其具有高功率、单纵模等优异特性。基于氮化镓基蓝光激光器结构和速率方程调制理论，对异质结构光子晶体面发射激光器进行了动态调制性能分析。通过仿真计算得出，在所研究的激光器结构参数下，阈值电流为1.76 mA，最大3 dB调制带宽为42 GHz，最低数据发送能耗为62.78 pJ·bit^-1，展示出了该结构激光器的基础性能和高速调制特性，为具有大调制带宽的蓝光激光器的设计提供了参考。

脉冲半导体激光(LD)泵浦被动调Q微片激光器是产生小型化、大能量(mJ量级)、亚纳秒激光脉冲的主要技术途径。基于速率方程理论推导了脉冲LD泵浦被动调Q微片激光器首脉冲建立时间及多脉冲间隔时间方程, 数值求解并分析了泵浦功率、泵浦脉宽等参数对亚纳秒激光输出脉冲数目的影响规律, 在此基础上搭建了脉冲LD端面泵浦YAG/Nd:YAG/Cr4+:YAG微片激光器, 实现了单脉冲能量1.2 mJ、脉冲宽度574 ps、峰值功率2.1 MW, 光束质量因子M2=1.21的1 064 nm近衍射极限亚纳秒脉冲激光输出。

为了研究抽运光源光谱与增益介质吸收光谱对发光二极管（LED）带抽运激光器输出效率的影响, 进一步提高输出效率, 将光谱信息引入激光速率方程中, 建立了LED带抽运速率方程,采用该方法对LED带抽运Nd∶YAG激光器进行了理论分析和实验验证。结果表明, 利用红外LED对Nd∶YAG激光器进行侧面抽运, 当抽运能量为9.1mJ时, 取得了能量为607μJ的1064nm激光输出, 达到实验中最高的倾斜效率15.5%, 此时光转换效率为6.67%;速率方程的计算求解和实验的输出能量二者基本吻合。这一结果对研究提高LED带抽运激光器的输出效率是有帮助的。

随着信息快速增长时代的来临，人们对于数据带宽的需求不断提升，垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers，VCSEL）作为一种新型光通信器件得到广泛应用。从半导体激光器寄生电路出发，分析了VCSEL内部光电转换过程，考虑本征激光器以及外部封装寄生特性，分别搭建了大信号和小信号等效电路模型，并使用Python语言以及Pspice软件进行仿真。在大信号模型中分析自发辐射系数和光限制因子对阈值电流的影响， 在小信号模型中讨论寄生网络参数对调制响应带宽的影响。仿真结果表明，通过对自发辐射系数、光限制因子以及寄生网络参数的调节，可以降低VCSEL器件的阈值电流，提高调制带宽。