为了使双波长半导体激光器具有良好的双波长间隔及强度等特性，本团队提出了一种具有侧向变阶分布布拉格反射（DBR）光栅的双波长半导体激光器。该激光器采用20 μm宽的脊波导结构，这使得其腔内存在基侧模与一阶侧模。根据脊波导内各阶侧向模式的光场分布以及DBR光栅的分区特点，侧向变阶DBR光栅能分别对不同阶侧向模式进行有效反馈，从而使激光器获得强度相近的双波长输出。实验结果表明：当注入电流为210~330 mA时，激光器的双波长间隔维持在0.9 nm附近；当电流为330 mA时，器件获得了强度相近的双波长发射，波长分别为1064.56 nm和1065.49 nm，双波长工作条件下的最大输出功率为88.26 mW。

针对SS-OCT系统中对扫频光源多路同步驱动的控制需求，研制了一种基于FPGA作为主控单元的扫频光源控制系统。系统采用Xilinx公司XC7A100T芯片进行主控模块的设计，采用5个带缓冲反馈的增强型Howland电流源集成的方式进行激光器驱动模块设计，采用ADN8834芯片控制TEC的方式进行激光器温控模块设计，采用上位机软件进行人机交互。最后通过波长输出自动测试实验制作“波长-电流”查询表；通过调用“波长-电流”查询表进行自动连续线性输出实验，系统展现出在激光器全波长范围内具备1 nm控制精度和任意波长范围具备0.01 nm控制精度的控制效果，在SS-OCT的扫频光源集成控制领域具有借鉴意义。

氮化镓(GaN)基微纳米结构生长技术的成熟为微纳级 GaN 基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制备提供了新的 途径。 本文设计了基于 GaN 基轴向异质结微纳米柱的微纳级 VCSEL 结构,采用 Al0. 8Ga0. 2N/ In0. 2Ga0. 8N 应变补偿结 构作为上下分布式布拉格反射镜(DBR),其中 Al0. 8Ga0. 2N 层的 Al 组分远高于传统结构中的电子阻挡层(EBL),能够 更好地起到电子阻挡的作用。 本文使用商用软件 PICS3D 构建了电子阻挡层处于不同位置的 VCSEL 数理模型,并进 行数值模拟计算,探索和分析物理机理,解释了不同位置 EBL 对空穴注入效率的影响。 结果表明,采用 Al0. 8Ga0. 2N 与 In0. 2Ga0. 8N 组成的应变补偿 DBR 可以更好地提高空穴注入效率,优化器件光电性能。

高速850nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器（PD）是短距离光链路中的重要器件，面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。报道了一种基于分布布拉格反射器（DBR）增强的GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器（UTC-PD）。DBR由20个周期的高/低Al组分的AlxGa1-xAs三元合金组成，可以在830~870nm范围内形成大于0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下，将GaAs吸收层所需的厚度降低到1040nm，兼顾PD对光的吸收率和光生载流子的渡越时间。采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850nm波长、-2V偏压下具有19.26GHz的-3dB带宽和0.4926A/W的响应度。

为达到近中红外与激光兼容隐身的双重目的, 设计了一种由Ag和ZnS构建的含缺陷的分布式Bragg反射镜(Distributed Bragg reflector, DBR)。利用掺杂原理, 在含金属的DBR中引入缺陷, 使其在650～5?000nm禁带范围内1 060 nm处出现缺陷模。采用COMSOL研究了周期数Nc、缺陷层膜厚对近中红外及缺陷模的影响规律。研究结果表明: 缺陷模随缺陷层膜厚减少而蓝移。随含缺陷周期结构Nc增加, 缺陷模宽度变窄, 其缺陷模以中心波长为中心成对出现, 呈现出良好反射型梳状滤波器的特征。通过控制Nc, 可对梳状滤波器的齿数和齿距进行有效控制。当Nc=1时, 可实现650～5?000nm波段全反射, 1 060 nm处出现缺陷模, 其反射率仅为4%。这种具备“光谱挖空”特征的含金属的DBR, 能够进行近中红外波段和1 060 nm处的激光兼容隐身。和异质结电介质光子晶体相比, 该结构具有结构对称、结构简单、膜层层数较少的优势。

基于能带理论和分布布拉格反射镜(DBR)的工作原理, 分析了垂直腔面发射激光器(VCSEL)中DBR串联电阻较大的原因。采用组分渐变降低DBR结构中异质结界面处势垒, 优化DBR的各层掺杂浓度, 通过调控费米能级进一步降低DBR中的异质结势垒, 从而有效降低DBR串联电阻。实验采用Al0.22Ga0.78As/Al0.9Ga0.1As作为生长DBR的两种材料, 设计了DBR各层厚度, 研究了AlGaAs材料的最佳生长温度, 利用MOCVD外延技术完成了795nm VCSEL突变DBR与渐变DBR的生长。经过工艺制备, 测得突变DBR和渐变DBR的电阻分别为6.6和5.3Ω, 优化生长后的DBR电阻得到有效降低。

将表面配体改性的CdSe/ZnS量子点(Quantum dots)和光刻胶混合, 进而采用光刻工艺在InGaN/GaN蓝光Micro-LED上实现了最小尺寸为3 μm的高分辨率、高光效的量子点颜色转换膜层。同时系统研究了不同厚度和混合比例的量子点膜层的吸收/发射光谱及光致发光量子产率(PLQY)。为优化光转换效率, 量子点膜层中加入了TiO2散射粒子以提高蓝光的吸收效率。更进一步地, 经过设计引入分布式布拉格反射镜(DBR), 使得未被吸收的蓝光光子回弹到量子点转换膜层, 这不仅提升了蓝光吸收效率, 也增强了转换色彩的饱和度。同时采用了热激发方式来提升量子点的光致发光量子产率。为得到更高的显示对比度和色彩饱和度, 引入黑色光阻矩阵来削弱临近图形之间的颜色串扰。实验结果表明, 该量子点膜层可以用光刻技术实现高分辨率、高光效的颜色转换图层, 为单片全彩化Micro-LED显示的发展提供了新颖可靠的技术路线。

L波段取样光栅分布布拉格反射(SG-DBR)激光器在高速光通信与无源光网络中具有广泛的应用前景。本文以InGaAsP作为无源波导区材料, 从理论上分析了实现L波段宽调谐SG-DBR激光器所需的关键参数, 包括前后取样光栅的反射峰间隔、取样周期、占空比等。同时采用传输矩阵模型, 讨论了取样对数与前、后取样光栅反射特性的关系。最后得到了一组优化的SG-DBR激光器参数, 其对应的调谐范围达到47.6 nm。

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。

为提升LED芯片的光提取效率和电流扩展能力, 设计了双金属层环形叉指结构ITO/DBR电极的大功率倒装LED芯片, 并对分布式布拉格反射镜(DBR)薄膜和环形叉指电极结构进行了仿真优化计算。利用TFcalc软件仿真计算了DBR堆栈方式、堆栈周期和参考波长对DBR反射率的影响。仿真结果表明, 优化设计的双堆栈DBR薄膜在234nm宽波长范围内反射率均高于95%, 对应蓝黄光区域(440~610nm)平均反射率高达98.95%, 参考波长红移可以缓解DBR反射偏振效应。利用SimuLED软件仿真计算了电极结构对芯片电流扩展能力的影响。仿真结果表明, 350mA电流输入情况下, 单金属层电极电流密度均方差为44.36A/cm2, 而双金属层环形叉指数目为3×3时, 电流密度均方差降至14.37A/cm2。双金属层环形叉指电极降低了p、n电极间距, 减小了电流流动路径, 芯片电流扩展性能明显提升。