随着半导体材料生长技术和器件制作工艺的发展,大功率GaN基半导体激光器已实现商业化,其在许多领域都具有重要应用。但普通边发射半导体激光器受材料和结构等方面影响,输出光谱较宽,表现为多模模式,且激射波长不易调谐。为满足原子冷却与俘获、高分辨光谱测试、大容量全息数据存储等行业对大功率、窄线宽、可调谐蓝光激光光源的需求,本论文使用光栅作为外部光反馈元件,搭建了 Littrow和Littman型光栅外腔激光器,并对其性能进行了分析研究。本论文所做的主要工作如下:一、以450nm大功率商用GaN基边发射激光器为基础,搭建了 Littrow型光栅外腔激光器结构,研究了增益器件结平面相对于光栅刻线的放置方向对外腔激光器性能的影响。实验分别搭建了增益器件结平面垂直于光栅刻线的A构型和结平面平行于光栅刻线的B构型外腔激光器结构,其中,B构型外腔激光器因为具有更好的选模能力而展现出更好的外腔激射性能。当注入电流为1100mA时,B构型外腔激光器输出光谱半高宽由自由运行增益器件的1nm压窄至0.1nm,输出波长在443.9～447.5nm范围内连续可调,可调谐范围达3.6nm;在波长调谐范围中心位置,放大自发辐射抑制比可达35dB以上,此时外腔耦合效率达80%,输出光功率为1.24W。二、研究了光栅衍射效率和光栅刻线密度对光栅外腔激光器性能的影响。实验中使用三块具有不同参数的光栅搭建了 Littrow型外腔激光器结构,发现光栅较高的零级衍射效率有利于获得大功率外腔激光输出,而较高的一级衍射效率有利于扩展外腔激光器的波长调谐范围。当使用零级衍射效率为76%,一级衍射效率为11.5%的光栅时,外腔耦合效率达80%,1100mA注入电流下,外腔最大输出光功率可达1200mW以上,波长可调谐范围为3.6nm;当所用光栅零级衍射效率为58.5%,一级衍射效率为28.6%时,外腔激光器阈值在增益器件波长中心处下降了 46%,1100mA注入电流下,外腔激光器输出波长在442.2～450.5nm范围内连续可调,调谐范围达8.3nm,且最大输出功率超过500mW。此外,我们还发现,高光栅刻线密度有助于线宽压窄,尤其在低电流条件下工作时效果更为明显。实验中,当使用2400grooves/mm刻线的光栅时,注入电流300mA下获得了光谱线宽为0.02nm的外腔激射光,但随着电流的升高,半导体增益曲线趋于平坦,光栅反馈光的线宽被展宽,光栅刻线密度对激射线宽的影响减小了。三、使用大功率GaN基半导体激光器、衍射光栅、平面反射镜等元件搭建了 Littman结构光栅外腔激光器,研究了增益器件出射光相对于光栅法线的入射角度对Littman型外腔激光器性能的影响。实验对于450nm-Littman结构外腔激光器,入射角在10.4～39.8°范围内可有效减少衍结果结合光栅衍射光束分析表明,射光损失,有利于获得较好的外腔激光输出性能。当入射角为35°时,注入电流1500mA条件下,外腔激光器在453.7～456.8nm范围内连续可调,波长可调谐范围为3.1nm,输出激光线宽为0.08nm,在可调谐范围中心位置时,输出功率最大为 260mW。