半导体激光器是电光转换效率最高、波长范围最宽和可集成度最好的激光光源，广泛应用在光通信、光泵浦、光存储、激光打印以及材料处理等领域。然而，单芯片半导体激光器存在远场发散角大、水平方向光束质量差和多纵模输出等问题，使得半导体激光的单色性、方向性和亮度等性能变差。另外，为实现高功率半导体激光输出，一般采用激光合束的方法，而单芯片半导体激光器发散角大和光束质量差的缺点严重影响了光束的准直和耦合，波长稳定性差也降低了光谱合束的效率。因此目前单芯片半导体激光器的性能是制约半导体激光尤其是高功率半导体激光性能并限制其应用领域的主要因素。传统半导体激光器中所采用的结构大多仅能改善半导体激光器的单项性能，或采用了复杂的结构和工艺导致了器件成本的上升。必须引入新机理和新方案，才能够实现本质的性能瓶颈的突破，从而从芯片层面上提升半导体激光器的性能。众所周知，光子晶体调控光子，半导体量子阱调控电子，将光子晶体与半导体量子阱相结合，为研究光电子类器件提供了最佳的平台。本论文创新性地在传统半导体激光中引入光子晶体结构，从激光模式电磁场分布出发，发掘光子晶体对激光振荡模式的扩展和分离等的调控作用，基于半导体激光器的典型工艺技术，研制出低成本、高性能光子晶体激光器，主要研究工作和创新内容如下:　　1.研究了横向光子晶体激光器的理论模型并设计了激光器的结构。首次理论分析了周期结构横向光子晶体激光器的光子能带结构及其有源特性。实验上获得的连续输出总功率为2W，垂直发散角＜10°，实验和模拟结果一致。　　2.设计并制作了准周期结构横向光子晶体激光器，理论上对缺陷层厚度进行了优化。实验上准周期结构光子晶体激光器连续输出功率为5.75 W，准连续输出功率为10.3W。包含95％能量的垂直发散角为21.3°，比普通结构激光器降低了69％，比周期结构横向光子晶体激光器降低了57％。　　3.设计并制作了啁啾光子晶体耦合激光器，模拟了啁啾光子晶体耦合激光器中的模场分离现象。实验上首次利用该结构获得了稳定的单瓣分布的侧向远场，激光器连续输出总功率为1W。基于热效应分析了水平发散角随注入电流变化的规律。　　4.首次设计和制作了集成相位调制光子晶体激光器，理论上预测了光子晶体中的相位调制现象。实验上激光器输出的连续总功率为0.93 W，水平发散角为2.4°，水平发散角随注入电流的变化验证了光子晶体中的相位调制。水平方向M2因子为2.9，激光器亮度为33.7 MWcm-2sr-1。根据无源波导损耗的实验测量结果和热效应模拟提出了进一步提高效率和改善远场分布的方法。　　5.为改善边发射激光器的二维远场分布，设计并制作了斜侧壁倾斜波导普通结构激光器和斜侧壁倾斜波导横向光子晶体激光器，这是国际首次利用平面内结构改善近红外波长边发射激光器垂直发散角的报道。实验上斜侧壁倾斜波导普通结构激光器连续输出总功率超过2W，垂直发散角比传统激光器降低了68％，水平发散角为1.8°。斜侧壁倾斜波导横向光子晶体激光器的连续输出总功率为1.26W，垂直发散角比传统横向光子晶体激光器降低了44％。水平发散角比宽接触横向光子晶体激光器降低了超过80％，水平方向光束质量提高了一倍以上。　　6.首次设计了侧向光子晶体双锥形激光器，采用耦合模式理论对光子晶体的结构参数进行了优化。实验上激光器连续输出总功率超过1.12W，水平发散角为2.1°，垂直和水平方向M2因子分别为1.12和1.8，激光器最高亮度为67.7MWcm-2sr-1。测量边模抑制比高达27 dB，光谱线宽为0.16 nm。