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MOPA结构的高功率高亮度半导体激光器广泛地应用于自由空间通讯军事领域和高速光纤通信民用领域。在光纤通信中，高功率高亮度980nm和14xxnm锥形增益区脊形波导结构激光器(简称锥形激光器)以其制备工艺简单、输出功率高、光束质量好成为光纤放大器(掺铒光纤放大器或喇曼光纤放大器)的理想泵浦源。
本论文针对光纤通信用高亮度高功率激光器的要求进行了980nm锥形激光器和14xxnm锥形激光器的材料设计与制备、器件设计与制备以及驱动方式的研究。本论文的主要研究内容和研究成果如下：
1.对锥形激光器建立物理模型，进行理论分析和初步计算。分析了锥形角度对传输基模的影响，锥形激光器的阈值特性、P-I特性以及基模光在锥形放大区的传播特性等。
2.对提高锥形激光器光束质量、避免多光丝和自聚焦问题进行了研究。分析了锥形激光器中的光束传播特性和自聚焦产生机理。从材料结构设计、器件结构优化和驱动方式等方面阐述了提高锥形激光器光束质量、避免自聚焦的方法。对于GaAs基器件，低模式增益结构有利于有效避免自聚焦；对于InP的长波长器件，缓变折射率晶格匹配的多量子阱结构和突变折射率应变量子阱结构的锥形激光器对自聚焦有很好地抑制作用。在器件结构方面，锥形角度的选取、脊区腔长和总腔长的优化以及腔破坏凹槽的使用都对提高锥形激光器的光束质量，防止自聚焦有益。此外，电极分离分别驱动锥形激光器能够使器件的P-I特性曲线更光滑，避免高阶模被激励，也是提高光束质量，避免自聚焦的有效方法之一。
3.在国内首次采用国际标准IS011146中的刀口法测量锥形激光器的光束质量因子，在光学平台上搭建测量装置。通过测量锥形激光器经透镜会聚的光在光束传播方向上不同位置的束腰，拟合出光束的双曲线分布，找到光束的最小束腰和发散角，得到该光束的M2因子。
4.在国内首次研制出了980nm高功率高亮度锥形激光器。采用InGaAs/A1GaAs缓变折射率分别限制异质结单量子阱结构，对脊形区宽度和腐蚀深度进行了理论计算。保持总腔长1.85mm不变，设计并制备脊区长度分别是450μm、700μm和950μm锥形激光器，对比分析器件的P-I特性和光束质量因子。选出脊形区长度为450μm的器件为最优结构，在1％的脉冲电流驱动下器件的最大输出功率为4.28W(6A)；在连续电流驱动下，器件的最大输出功率为3.75W(6A)。连续输出功率为1W时的光束质量因子为3.79，对应的中心波长为975nm。
5.在国内首次研制出了InGaAsP/InP14xxnm高功率高亮度锥形激光器。对1480nm锥形激光器外延结构进行了理论设计，为了有效抑制自聚焦，设计了4个应变量子阱的突变折射率应变量子阱结构。对器件脊区宽度和腐蚀深度进行了理论计算，设计并制备脊区长度分别为450μm、700μm和950μm的器件，对比分析器件的P-I特性和光束质量因子，优选出脊形区长度为700μm的器件为最优结构，在1％的脉冲电流驱动下器件的最大输出功率为1.22W；在连续电流驱动下，器件的最大输出功率为0.9W。连续输出功率为0.5W时的光束质量因子为3.15，对应的中心波长为1448nm。
6.为提高980nm锥形激光器的光束质量、避免自聚焦，在国内首次对980nm锥形激光器进行了电极分离分别驱动脊形区和锥形区的研究。与电极共用时相比，电极分离分别驱动的器件的输出功率没有明显提升，但P-I特性曲线更光滑，没有明显的扭折。器件的光束质量提高了，输出功率为1W时的M2因子从3.79降到了2.45。