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。

利用激光驻波场操纵中性原子沉积纳米光栅结构是一种新颖的制备纳米计量标准技术，但采用传统的一维和二维方式对激光驻波场操纵中性原子沉积过程的分析缺乏纳米光栅的全貌信息，而采用三维分析方法则能给出纳米光栅的三维全貌信息，对结果的分析越精确。针对此，基于采用三维分析方法建立了激光驻波场与中性原子作用的模型，通过三维分析实现了不同原子束发散角条件下中性原子运动轨迹及沉积结果的三维仿真，结果显示当中性原子束发散角小于0.6 mrad时，所获得的纳米光栅的沉积质量较好，而超过0.6 mrad后所沉积的纳米光栅将会出现分裂现象。

讨论了在合成该移动驻波场时，叠加场的具体实验参数对驻波场光场分布和移动速度的影响。给出了驻波场的平均移动速度随两束行波场的频率差和振幅比的变化关系。针对具体实验，分析了两高斯光束夹角和远场发散角对驻波场光场分布的影响。因此实验中为制备较好的光子晶体，需通过光学器件整形得到具有较好光斑质量和较小远场发散角的光束后，使两束功率相等且腰斑重合的光束叠加。

为了研究原子光刻实验中基片对汇聚激光场的影响, 基于几何光学, 采用数值仿真的方法,研究了基片表面的倾斜度对光学势阱的影响。结果表明,当基片表面相对于激光驻波中轴线正倾斜时, 基片表面会形成一个无光场区, 使光学势阱为0, 且在z方向上光学势阱会发生一个零值突变; 当基片表面相对于驻波中轴线负倾斜时, 基片表面永远存在光场, 在z方向上光学势阱不会发生零值突变, 且光学势阱相对于z=0会出现对称现象。该研究结果对激光汇聚原子沉积实验具有指导意义。

在研究高功率激光辐照下激光器腔镜表面热形变分布时通常会忽略其表面镀有的高反射膜系。利用有限元分析软件ANSYS比较了特定激光辐照（吸收功率250 W，外环半径4 cm、内环半径2 cm的同轴环形光束，30 s）下的高反腔镜在不同夹持方式下的热形变分布，同时考虑了腔镜表面镀有的两种不同高反膜系及膜系中的驻波场的影响，并与通常忽略膜系的情况进行了对比分析。研究表明，采用压圈法时，三种情况下热形变分布的差异相对较小；采用压板法时，三者形变分布产生了明显的差异，镜面中心可能上凸、下凹或者平缓；采用三点法时，尽管镜面中心热形变分布较为平缓，但在环状光束辐照区域内三者仍有明显差异。因此，膜系内驻波场对腔镜热形变分布的影响不能轻易忽略。

为了研究原子光刻实验中基片对汇聚激光场的影响, 基于标量光学理论, 采用数值计算对直边衍射情况下高斯激光驻波场特性进行了仿真。结果表明, 高斯激光的直边衍射效应会呈现与平面光波相似的强度振荡现象, 两者直边衍射后的第1个强度突变分别为中轴线强度的1.18倍和1.37倍; 随着束腰的增大, 高斯激光的衍射越接近平面波; 中轴线和基片表面距离会影响高斯激光截面进入直边几何阴影之外的大小; 直边衍射后入射波和其经过反射镜作用的反射波相遇叠加在光轴方向上会形成稳定的驻波; 这种驻波的强度在垂直光轴截面上呈现一定的衍射特性。该研究有利于理解直边衍射时高斯驻波场形成的实质; 并可通过适当的激光参量来调整实验激光驻波场结构。

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米级条纹沉积是一种新型的研制纳米结构长度标准传递方法，但仅通过一维和二维形式的仿真不能给出激光驻波场作用下中性原子沉积纳米光栅的全部信息。利用半经典模型，从铬原子在高斯激光驻波场中的运动方程出发，通过四阶Rungo-Kutta法模拟了铬原子在高斯激光驻波场中的三维运动轨迹以及三维沉积条纹结构，并分析了原子束发散、色差和球差等因素对三维运动轨迹及沉积条纹结构的影响。结果表明，利用三维仿真形式模拟高斯激光驻波场中铬原子的运动得到的结果与一维和二维形式下相比可以直观地表现出其较为详细的本质。

采用近共振激光驻波场会聚铬原子沉积技术制作的原子光栅可以作为纳米级长度计量标准。基于粒子光学模型，综合考虑横向发散角、纵向速度分布以及同位素等影响因素，采用蒙特卡罗方法确定原子运动的初始条件，对激光驻波会聚原子的三维特性进行了研究。获得了不同激光功率下沉积条纹的三维结构，分析了纵向高斯激光分布和椭圆高斯激光截面对沉积条纹的影响。模拟结果表明，当激光功率为40 mW时，可观测的纳米光栅图案能在基板87%区域内出现，对应于高斯光束中心处条纹半峰全宽为31 nm。当高斯激光束截面为圆形时，沉积质量较好。

Single-pulse and multi-pulse damage behaviors of "standard" (with \lambda/4 stack structure) and "modified" (with reduced standing-wave field) HfO2/SiO2 mirror coatings are investigated using a commercial 50-fs, 800-nm Ti:sapphire laser system. Precise morphologies of damaged sites display strikingly different features when the samples are subjected to various number of incident pulses, which are explained reasonably by the standing-wave field distribution within the coatings. Meanwhile, the single-pulse laser-induced damage threshold of the "standard" mirror is improved by about 14% while suppressing the normalized electric field intensity at the outmost interface of the HfO2 and SiO2 layers by 37%. To discuss the damage mechanism, a theoretical model based on photoionization, avalanche ionization, and decays of electrons is adopted to simulate the evolution curves of the conduction-band electron density during pulse duration.