悬浮显示技术是一种非常具有发展前景的显示技术,它可以将图像显示在空中,给观看者带来沉浸感和临场感的体验。目前国内悬浮3D显示技术研究还处于初级阶段。文章提出基于集成成像的悬浮3D显示系统,系统由集成成像3D显示器、半透半反镜和逆反光膜组成; 分析了集成成像3D显示的工作原理和逆反光膜的悬浮显示原理。将集成成像3D显示技术与基于逆反光膜的悬浮显示技术相结合,集成成像3D显示器发出的光线经过半透半反镜的反射到达逆反光膜,逆反光膜将光线以入射的角度进行反射并重建出3D图像,在实现3D图像悬浮显示的同时也解决了集成成像3D图像深度反转的问题,但是3D图像的亮度被大幅度的降低。系统为悬浮3D显示提供新的理论依据,为解决集成成像3D图像深度反转提供新的方法。

为了提高980 nm半导体激光器的输出功率并获得较小的远场发散角,在非对称波导结构的基础上设计了n型波导结构,即在n型波导中引入高折射率的内波导层。采用理论计算和SimLastip软件模拟对常规非对称波导结构和内波导结构进行了研究。利用分子束外延系统生长980 nm内波导结构的外延材料, 并制作了激光器。对于条宽为100 μm、腔长为1000 μm的器件,阈值电流为97 mA,斜率效率为1.01 W/A；当注入电流为500 mA时,远场发散角为29°(垂直向) × 8°(水平向),与模拟结果相符。理论计算和实验结果表明：较之于常规非对称波导结构,内波导结构可有效降低光场限制因子,提高输出功率,减小远场发散角。

讨论了不同In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构，即带隙及带边不连续性(带阶)的影响。给出了较为精准的InGaAsSb禁带宽度与In组分的关系。分析了In组分对InGaAsSb/GaSb导带、价带带阶的作用。研究表明，随In组分的增加，InGaAsSb禁带宽度减小，应力加大，能带漂移增大，InGaAsSb/GaSb导带、价带的带阶减小。同时，利用上述研究结果合理地解释了InGaAsSb/GaSb自发发射谱的增益、发射峰位及半峰宽与In组分关系。研究In组分对InGaAsSb/GaSb量子阱能带结构及自发发射谱的影响，可以定性地解释已有的实验报道。

提升宽条形半导体激光器腔面抗光学灾变（COD）能力，改善宽条形半导体激光器的输出工作特性，一直是高亮度大功率宽条形半导体激光器器件工艺研究的核心。基于氮氢混合气体的等离子体反应钝化原理，通过AlN高效导热薄膜作为腔面钝化保护层，实现器件最大输出功率提高达66.7%；连续电流工作时，3.5 W功率输出的情况下，其千小时退化率小于0.73%。

研究分析了980 nm半导体激光器的腔面温度特性。半导体激光器腔面光学灾变损伤(COD)是限制器件寿命和高功率输出的主要因素，通过分析腔面热源，建立腔面温度分布模型，分析了腔面温度场分布。设计了以金刚石为钝化膜的腔面增透膜和高反膜，模拟和对比了镀有金刚石钝化膜与未镀金刚石钝化膜的980 nm半导体激光器腔面温度特性。分析结果表明，镀有金刚石钝化膜比未镀金刚石钝化膜的器件的腔面温度低9.0626 ℃。因此在980 nm半导体激光器腔面镀金刚石钝化膜能够有效降低腔面温度，提高腔面COD阈值。

针对高功率1060 nm半导体激光器的外延结构，分析了影响器件功率进一步提高的原因.根据分析，优化了激光器的量子阱结构和波导结构，并理论模拟了波导宽度对模式和输出功率的影响.根据不同模式的光场分布，对量子阱有源区的位置进行了优化，并设计了非对称、宽波导结构.对不同模式的限制因子进行了计算，结果表明，优化后的非对称波导结构能够在降低基模的限制因子的同时，增加高阶模式的损耗.

研究了1.06 μm InGaAs/InGaAsP量子阱半导体激光器厘米bar模块的温度特性，测试分析了该模块的输出光功率、阈值电流、转换效率和光谱随注入电流及管芯温度变化的特性。结果表明，器件在15~55 ℃范围内所测的输出光功率由40.7 W降低到29.4 W，阈值电流由9.29 A升高到17.24 A，转换效率由54.22%降低到37.55%，光谱漂移为0.37 nm/℃，特征温度为68.6 K。实验结果表明，为保持器件性能的稳定，在实际应用过程中应该使器件的温度控制在15~25 ℃范围内。

研究了不同腔面钝化方法对980 nm渐变折射率波导结构InGaAs/AlGaAs半导体激光器输出激光功率的影响。将980 nm半导体激光器管芯前后腔面不蒸镀钝化膜与蒸镀Si钝化膜和蒸镀ZnSe钝化膜的方法进行了对比。结果表明，蒸镀ZnSe钝化膜比蒸镀Si钝化膜的半导体激光器输出光功率提高了11%，比不蒸镀钝化膜的半导体激光器输出激光功率提高了42%。不蒸镀钝化膜的半导体激光器的失效电流为4.1 A，蒸镀Si钝化膜的半导体激光器的失效电流为5.1 A， 蒸镀ZnSe钝化膜的半导体激光器的失效电流为5.6 A。对半导体激光器失效的原因进行了分析。在半导体激光器前后腔面蒸镀ZnSe钝化膜能有效地提高器件的输出光功率。

提升宽条形半导体激光器水平方向激射光输出的光束质量，改善宽条形半导体激光器的工作特性，一直是大功率、高亮度宽条形半导体激光器器件工艺研究的难点。基于激射光在无源波导内的衍射原理制备宽条形半导体激光器的模式滤波结构，利用AlxNy绝缘介质薄膜应力使基底半导体材料带隙变化的原理制备无吸收无源波导。将两者结合，设计制备了带有无吸收模式滤波器结构的宽条形半导体激光器，使器件平均最大输出功率提高49%，垂直发散角达20.6°，水平发散角达3.3°，3500 h老化实验，其千小时退化率小于0.085%。

设计并研制了一种多线阵半导体激光器的高亮度光纤耦合输出模块.激光器芯片采用了分子束外延方法生长的宽波导、双量子阱结构AlGaAs/GaAs激光器外延材料，激光器模块采用6只准直的线阵半导体激光器，器件腔长为1.2 mm，单个发光单元宽度为100 μm，发光单元周期为500 μm，单线阵器件包括19个发光单元，单线阵器件的连续输出功率为50 W，每只单线阵器件的准直输出光束经过空间合束后再通过光束对称化变换实现了多线阵器件输出的高光束质量功率合成，采用平凸柱透镜实现了合束光束与400 μm芯径、数值孔径0.22石英光纤的高效率耦合，整体耦合效率达到65%，最大耦合输出功率达到195 W，光纤端面功率密度达到1.55×105 W/cm2.