The 975 nm multimode diode lasers with high-order surface Bragg diffraction gratings have been simulated and calculated using the 2D finite difference time domain (FDTD) algorithm and the scattering matrix method (SMM). The periods and etch depth of the grating parameters have been optimized. A board area laser diode (BA-LD) with high-order diffraction gratings has been designed and fabricated. At output powers up to 10.5 W, the measured spectral width of full width at half maximum (FWHM) is less than 0.5 nm. The results demonstrate that the designed high-order surface gratings can effectively narrow the spectral width of multimode semiconductor lasers at high output power.

常规的分布式布拉格反射（DBR）半导体激光器中，增益区域所对应的自由谱间距应大于DBR高反射率带宽的1/2，以获得稳定的单模激射。该条件限制了DBR激光器的阈值和功率特性。文章首次提出并实现了基于DBR选模的太赫兹量子级联激光器（THz-QCL），并突破了上述限制。作者所实现的THz-QCL采用脊波导结构，利用解理腔面和DBR反射镜构成谐振腔，利用有源区增益谱较窄的特点，通过调整DBR反射率谱使增益谱与DBR高反射带在频域中部分重叠，从而获得了单模激射的THz-QCL。该方案使得DBR高反射带显著宽于自由谱间距，即显著提高了激光器中增益区域的长度，从而降低阈值并提高功率特性。实验上，作者研制出增益区域长达3.6 mm的DBR激光器，单模激射的频率为2.7 THz，边模抑制比达到25 dB，该激光器的阈值和温度特性与相同材料制备的法布里-泊罗腔多模激光器相当。文章中的工作为实现高性能单模太赫兹量子级联激光器提供了新的研究思路。

低维材料嵌入微腔已经广泛应用于纳米激光器和探测器等。为了实现增益材料和光学微腔之间的有效耦合，需要深入研究嵌埋材料对腔共振模式的影响。本文主要讨论了嵌埋材料的厚度、位置、腔层厚度以及分布式布拉格反射镜的对数对腔供着模式的影响。结果表明，腔共振模式随嵌埋材料位置的不同呈现周期性变化并且在λ/2光程周期内存在最大峰位移。最大峰位移随腔层厚度增加而减小，但与嵌埋材料的厚度成正比。分布式布拉格反射镜的对数不影响腔共振模式。这些结果为光学器件的设计和实验现象的分析提供了指导，并且可以应用于不同波长分布式布拉格反射腔结构。

提出了一种光子晶体反射镜作为垂直腔面发射激光器的P面反射镜，并分析了其反射特性。为了设计在850 nm波段具有高反射率和宽带宽的光子晶体反射镜，采用三维时域有限差分法对光子晶体反射镜的结构参数进行计算优化。结果表明，当二维光子晶体结构的气孔半径为84 nm，周期为212 nm，高度为90 nm时，对应TE光学模式的高反射率（R≥99.5%）带宽为106 nm，与中心波长之比为12.5%；同时对于TM光学模式的反射率低于80%，具有较宽的偏振选择性。并且光子晶体反射镜薄，串联电阻小，没有氧化物引入的电阻和应力问题。因此，提出的新型光子晶体反射镜可替代传统垂直腔面发射激光器的P型分布布拉格反射镜，提供高反射率和宽带宽，并提高器件的光电性能。