与边发射半导体激光器相比,垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers,VCSELs）具有可在晶测试、单纵模激射、圆对称光束轮廓、低阈值、高速调制以及二维阵列集成等优势,已应用于光通信、微波光子学以及精密测量等领域。但微米量级的腔长导致VCSELs的线宽通常大于MHz。而各向同性的增益介质和圆对称的谐振腔结构导致VCSELs的偏振随偏置电流或工作温度变化发生随机切换,引起系统背底噪声增大。为实现偏振可控的窄线宽VCSEL,本文开展了基于回音壁微腔谐振反馈的VCSEL线宽窄化及偏振调控研究。论文的主要内容包括:（1）将回音壁微腔特有的自注入锁定性质融入激光外腔反馈理论框架中。建立基于回音壁微腔谐振反馈的激光动力学方程,分析回音壁微腔谐振反馈下激光频率锁定、线宽窄化以及偏振调控的原理,研究回音壁微腔品质因子、VCSEL波长与回音壁微腔谐振波长之间的失谐量等参数对VCSEL线宽窄化和偏振调控效果的影响,为后续回音壁微腔器件的选择、VCSEL线宽窄化以及偏振调控实验研究提供理论指导。（2）提出并搭建基于回音壁微腔谐振反馈的窄线宽VCSEL。通过调谐VCSEL波长使其与品质因子为1.36×10~6的回音壁微腔谐振波长匹配产生谐振反馈,并利用谐振反馈实现VCSEL线宽窄化。实验结果表明当回音壁微腔的有效反馈强度为-24.77 d B时,回音壁微腔谐振反馈可将VCSEL的线宽从自由运转的2.1 MHz窄化到32.6 k Hz,与根据频率噪声谱计算得到的线宽在同一个量级（15 k Hz）。此外,利用回音壁微腔谐振反馈的热自锁效应将VCSEL的频率噪声在低频（10 Hz）和高频（10 k Hz）处分别降低60 d B和50 d B,为实现窄线宽VCSEL提供一种有效的方法。（3）提出并搭建基于回音壁微腔谐振反馈的偏振可控VCSEL。基于VCSEL两正交偏振态存在约100 pm波长间隔的特征和高品质因子回音壁微腔的窄带宽特性,利用回音壁微腔的谐振反馈实现VCSEL偏振调控。实验结果表明当VCSEL的两正交偏振模式的激射波长分别锁定到品质因子为10~6量级的回音壁微腔谐振波长时,VCSEL的两正交偏振模式在不同偏置电流下均可以任意切换为主偏振模式激射且VCSEL线宽可维持在数十k Hz水平,为实现偏振可控VCSEL提供一种有效的方法。（4）提出并搭建基于回音壁微腔谐振反馈的窄线宽双波长VCSEL。通过将波长间隔为0.8 nm的双波长VCSEL锁定到回音壁微腔的不同阶次谐振模式上,实现双波长VCSEL的线宽同时窄化。实验结果表明利用单个品质因子为10~6量级的回音壁微腔可将双波长VCSEL的线宽由自由运转的3.5 MHz和5 MHz分别窄化至20.9 k Hz和24.1 k Hz,与利用回音壁微腔谐振反馈窄化单只VCSEL线宽的水平相当,为实现二维集成窄线宽多波长VCSEL阵列提供一种参考。