半导体薄片激光器综合了半导体激光器和固体薄片激光器的优点。一方面，它具有半导体激光器的优点，利用成熟的半导体能带工程，其发射波长覆盖从可见光到近红外的广泛区域；另一方面，它又兼备同体激光器的优点，既能获得高光束质量和高功率输出，也能方便地进行腔内倍频、可调谐运转和锁模运行。因而，半导体薄片激光器在激光频率变换、光时钟、光通信、激光显示、生化分析、激光光谱学以及激光医学等诸多领域都有重要的应用，是一种名副其实的新型实用激光光源。　　 国际上对半导体薄片激光器的研究热是在近十年刚兴起的。在理论研究方面，主要从微观上研究半导体薄片激光器的增益特性、倍频和参量振荡以及锁模过程的动力学特性等；从宏观上研究半导体薄片激光器的热特性等。实验研究方向主要集中在以下几个方面：一是提高激光器的输出功率，特别是单横模的输出功率；二是扩展激光器的发射波长，包括直接实现新波长、双波长、以及倍频、和频、参量振荡输出；三是进行单频运转和可调谐运转；四是获得高重复频率的超短脉冲激光输出；五是试验开发实际的应用。　　 本论文主要工作包括：　　 1.理论研究了半导体薄片激光器的增益特性和面发射谱特性。从对异质结能带偏置比的确定出发，综合能带结构、材料增益和对泵浦吸收三个方面，理论研究了具有GaAs、AlGaAs和GaAsP三种不同势垒的InGaAs量子阱的增益特性，得到了GaAsP是最合适的势垒材料的结论；根据量子阱的材料增益，优化设计了1μm波段半导体薄片激光器有源区量子阱的阱宽、阱深和阱的构成形式，并对单量子阱、双量子阱和三量子阱进行了对比研究；利用量子阱自发辐射谱和量子阱有源区纵向限制因子的概念，提出了半导体薄片激光器面发射谱的计算模型，模型的数值模拟结果与实验结果很好地吻合，有效地解决了半导体薄片激光器设计中对面发射谱的准确预测问题。　　 2.高功率半导体薄片激光器的实验研究。用有限元方法数值分析了增益片基质厚度和金刚石散热窗口对半导体薄片激光器散热性能的影响，利用具有高热导率的0.3mm厚金刚石薄片作为激光器的散热窗口，得到了最大功率为880mW的高功率输出；实验研究了金刚石散热窗口、输出镜耦合输出效率、输出镜曲率半径、泵浦光斑大小以及热沉温度等因素对激光器输出性能的影响；研究了具有金刚石散热窗口的半导体薄片激光器的输出光谱特性。　　 3.对半导体薄片激光器腔内倍频的实验研究。通过对KNbO3、KTP、BBO、BIBO和LBO等倍频半导体薄片激光器常用非线性晶体相关参数的对比研究，经过优化选择，利用5mm长LBO作为腔内倍频晶体，获得540nm的倍频光输出，输出激光为Gauss分布的TEM00模式，最大倍频输出功率12mW，基频光到倍频光的倍频转换效率约30％。　　 4.实验研究了高光束质量、窄线宽的可调谐半导体薄片激光器。用40μm厚的石英标准具作为调谐元件置于光腔内，得到了调谐范围近10nm的连续可调谐激光输出，调谐输出最大功率110mW，输出激光的线宽为0.07nm，光束的M2因子1.03；结合激光器的增益特性和标准具的滤波特性，理论分析了激光器的调谐范围，理论结果与实验数据很好地符合。　　 5.紧凑小型化、温度性能稳定的高重复频率超短脉冲半导体薄片激光器的实验研究。用半导体可饱和吸收镜SESAM作为被动锁模元件，实现了1.5GHz和3.0GHz的高重复频率稳定连续锁模输出，脉冲宽度分别为5.0ps和4.9ps，最大的锁模输出功率30mW；锁模激光器显示出良好的温度稳定性能，波长随温度的漂移速度仅0.035nm/K，随泵浦功率的漂移速度也只有6×10-5nm/(kW.cm-2)，皆远小于其它的同类报道。