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随着通信系统的高速发展，特别是90年代以来，波分复用技术（WDM）的实用化，以及开发光纤低损耗的第二窗口来实现对现有线路的扩容改造，充分发挥现有线路的潜力等市场需求的出现，建设“全光网”势在必行。尽管早在1980年日本NTT的两个研究所就已进行了半导体光放大器(SOA)的实验研究，1986年BT&D还研究出具有封装结构的SOA，但由于当时SOA的噪声指数、净增益、饱和输出功率、偏振相关增益等技术指标均不能满足光纤通信的应用要求，致使掺铒光纤放大器（EDFA）捷足先登，率先应用于波分复用光纤通信系统与网络。此后由于半导体量子阱材料的发展使SOA的各项性能有大幅度提高，但仍不能取代EDFA。但是，大量研究表明SOA在全光信号处理方面显现出明显的优越性，有广泛的应用前景，如用作波长变换、全光信号再生、码型封装、光子逻辑等。然而始终困扰SOA，也逊色于光纤放大器的一个问题是光纤与SOA的耦合损耗大。
对于SOA而言，高增益和低偏振灵敏度是其两个最主要的技术指标，而SOA的增益取决于芯片的内增益、芯片解理面剩余反射率以及芯片与单模耦合光纤之间的耦合效率。目前，SOA在通信网络中的低接入损耗是一个多年来未得到很好解决的技术难题，这也直接影响到SOA组件的高增益特性。近年来，SOA的有源区一般采用应变量子阱材料，虽然极大地提高了SOA的性能，但其垂直于结平面方向的尺寸减至0.2μm左右，这也增加了SOA与单模通信光纤之间有效耦合的难度。传统的方法是，在SOA与单模光纤进行耦合时，采用光学球透镜、非球面透镜等方法，也有将单模光纤的耦合端作拉锥处理，有时还可将锥端加工成微透镜，虽然能够基本满足使用要求，但并不很理想，本论文的研究目的是以对光纤耦合的SOA组件为例，通过分析、计算和实验研究，从激光模斑变换的角度分析SOA组件的光耦合机制，并提出了改进措施。
论文运用激光模式耦合理论分析了SOA与单模通信光纤的连接损耗，并设计制作了楔形柱面光纤微透镜用来实现两者的模斑匹配，有效地降低了器件的光耦合损耗，并介绍了楔形柱面光纤微透镜耦合的1.3μm半导体光放大器组件及其制作方法，运用ABCD矩阵对该组件的耦合效率进行了仿真计算和实验研究，楔形柱面光纤微透镜与SOA的单端耦合效率理想情况下可达到84%。
论文针对SOA与单模光纤的耦合问题，详细介绍了当前最新的锥脊光波导耦合技术，用光波电磁场干涉理论建立了锥脊光波导的传输模式方程，根据光波的全反射理论，揭示了锥脊光波导等效折射率的渐变规律，并分析计算了锥脊波导SOA的光耦合机制。
通过研究渐变折射率平板波导耦合器的结构特点，论文用波导理论详细分析了其工作机理及制作方法，给出了相应的设计方程。尤其针对SOA与单模光纤的耦合问题，介绍了渐变折射率平板波导耦合器在光耦合系统中的实际应用，由于渐变折射率平板波导耦合器可以有选择性地对SOA的输出模斑进行有效变换并压缩光束的束散角，因此实现了SOA到单模光纤的高效率光耦合，运用ABCD矩阵对该组件的耦合效率进行了仿真计算，计算结果表明耦合效率理论上可达90%以上。从光学特性上看，渐变折射率平板波导耦合器可以在许多领域替代柱面镜。
最后，作者结合舰载武器系统的光学综合校正工作，提出了一种激光模斑变换技术的应用实例。舰载武器系统通常包括中央指挥镜、光学（或激光）测距仪、雷达、舰炮、导弹、深弹、指挥仪等。日常训练与实战中，一般是雷达或中央指挥镜等首先发现目标，给出目标的高低与水平方位指示及其它参数，经指挥仪解算后发送给舰炮、导弹及其它武器系统单机，对目标实施攻击。为提高武器单机攻击的首发命中率(准确性)，必须保证武器单机与中央指挥镜、雷达等观测系统的零位保持精确的一致性。因此，部队实弹射击前或单机修理之后，均需对舰载武器系统零位的一致性进行联调检测，由于该零位一致性的联调检测通常采用高精度的光学手段进行，故又可称其为舰载武器系统光轴一致性检测。论文介绍了一种舰载武器系统零位一致性检测系统的总体设计思想及其工作原理，并通过激光模斑变换技术的应用，提高了该检测系统的可操作性。使用该系统，可以实现全天候联调检测。