窄线宽激光具备极高的频谱密度、极低的相对强度噪声和相位噪声以及超长的相干长度, 在诸多领域发挥重要应用。首先介绍了窄线宽激光器压缩线宽的基本理论和设计思路, 随后介绍了四类当前最具代表性的外腔窄线宽半导体激光器, 分析了其各自基本结构、关键技术、性能特点以及国内外发展现状, 最后总结了几类外腔窄线宽半导体激光器的应用推广潜力, 并展望了窄线宽激光器的发展前景。

混沌光的延时特征（TDS）和带宽（BW）是影响混沌激光应用的两个重要参量，常用来表征混沌光的混沌特性。将具有外腔光反馈的半导体激光器（SL）作为主激光器，将具有相位调制光反馈的SL作为从激光器，并将主激光器输出的混沌光单向双路注入到从激光器中，构成具有外光单向双路注入的相位调制光反馈的SL系统。数值研究了外光注入系数和反馈系数等参数对系统输出混沌光TDS的影响，进而在TDS被有效抑制的参数条件下，对系统输出混沌光的带宽进行了研究。结果表明，用该方案和通过对参数值区间的适当选取可以有效地抑制混沌激光的TDS，并且混沌激光的3 dB带宽最大约为20 GHz。

提出并验证了一种基于深度学习的混沌激光同步优化方案，在共同外腔半导体激光器驱动注入同步系统中，引入生成对抗网络对初始的混沌同步信号进行优化。所提方案的主要优点在于：实现了混沌信号的时延标签抑制和复杂度提升；显著改善了混沌信号幅值分布的对称性；大幅降低了驱动端和本地端的相关性，提升了同步系统的私密性。此外，将优化后的混沌信号应用于物理熵源，在高质量混沌同步的基础上，验证了速率高达4.1 Gbit/s、误码率低于10^-3的高速同步物理随机数产生。

基于呼吸气体分析的疾病诊断技术，属于无损医学诊断研究范畴，是今后医学诊断的重要发展方向，将会在今后无损医学疾病诊断中发挥重要作用，尤其是在当下新冠疫情肆虐的背景下，对于无创、实时、准确性高的疾病诊断技术的需求更加迫切。针对呼吸气体诊断需求，在介绍腔增强吸收光谱技术基本原理和技术特点基础上，概述了腔增强呼吸气体诊断技术国内外发展历史及现状，并在归纳整理呼吸气体诊断特点的基础上，分析了今后腔增强呼吸气体诊断技术发展方向，可为后续技术的发展和应用提供参考。

激光自混合干涉在测量时容易受到噪声的干扰，从而影响测量的精度和稳定度。为此，在利用双光反馈提高自混合干涉信号信噪比的基础上，结合随机偏振激光自混合干涉双偏振差分探测技术，进一步降低系统噪声。实验结果表明，双光反馈与双偏振差分结合使用，可将自混合干涉信号的信噪比提高7 dB。因此，所提方法和技术在自混合干涉测量中具有良好的应用价值。

利用混沌激光的低相干性实现了对激光散斑的有效抑制。其中，使用了激光显示中常用的激光二极管，通过光反馈扰动激光器和电混沌信号调制激光器产生了混沌激光，分别研究了光反馈系统中偏置电流、反馈强度和调制系统中偏置电流、调制幅度对散斑抑制的影响，并对两个系统的散斑抑制效果进行了对比研究。实验结果表明，通过两种方式产生的混沌激光有效地抑制了散斑噪声，其散斑对比度均可降低0.9以上，使用混沌激光可使光谱最大可展宽至4.6 nm，其相干长度从441 μm降低至87 μm。

量子点微柱激光器由于微米量级的模式体积和特有的动力学输出特性，为光子集成及保密通信等应用提供了一个良好的研究平台。利用外腔光反馈的量子点微柱激光器产生双模混沌光场，研究分析了光反馈量子点微柱激光器在不同电流及反馈强度条件下的强弱模式竞争、时延特征及有效带宽的变化。结果表明：模式竞争较强时，即在强弱模分叉明显的电流区间，强弱模的输出功率差会随着强弱模反馈强度的增加先减小后增大；强弱模输出混沌光场的有效带宽随着强弱模反馈强度的增加呈现出先增加后减小之后再增加的变化，在泵浦电流为13 μA，强弱模反馈强度分别为4 ns^-1和3 ns^-1时，强弱模输出混沌光场的有效带宽增至首个峰值，分别为8.91 GHz和8.49 GHz；随着强弱模反馈强度的增加，强弱模输出混沌光场的时延特征峰值也呈现出先增加后减小之后再增加的变化，在泵浦电流为13 μA，强弱模反馈强度分别为16 ns^-1和14 ns^-1时，强弱模输出相干塌陷混沌光场的时延特征峰值分别降至最低，为0.083和0.092，且对应的有效带宽为11.31 GHz和11.02 GHz。

为有效抑制混沌信号的时延特征(TDS), 提出一种基于半导体环形激光器(SRL)滤波光反馈的结构。利用四阶龙格-库塔方法对模型进行了数值仿真, 并用自相关函数和延迟互信息对SRL输出混沌信号的TDS进行了量化。研究表明, 与普通光反馈结构相比, 滤波光反馈能有效消除由于外腔反馈延迟时间引起的TDS。通过计算自相关和互信息峰值在滤波频率失谐和滤波带宽构成的参数空间中的分布, 发现在正频率失谐区域TDS抑制效果最好。