自从2012年能级弥散概念和分数维度电子态系理论提出以来,关于能级弥散效应的进一步实验验证和分数维度电子态系理论在相关光电子器件中的应用问题便提上了议事日程。一方面,作为介于激光器和发光二极管之间、兼具高功率和宽光谱特性的一种光源,超辐射发光二极管（SLD）是最能体现能级弥散效应和分数维度电子态系特征的典型光电子器件之一。因此结合典型分数维度SLD的性能探究能级弥散效应的真实性、进一步完善分数维度电子态系理论、乃至进一步丰富和发展固体/半导体物理学具有重要的科学意义。另一方面,SLD在光学相干层析、光时域反射计和光纤陀螺仪等领域有着广泛的应用,而且这些应用对于器件综合性能的进一步提升有着迫切的需求。因此,将分数维度电子态系理论应用于SLD的性能优化,通过采用新的技术路线有效地提升器件的综合性能具有重大的应用价值。本论文以国家自然科学基金项目“晶体电子态系中能级弥散及分数维度效应的理论与实验研究”（项目编号:61674020）及科技部相关国际合作项目为依托,选择SLD为分数维度电子态系理论的典型应用实例,致力于相关理论模型的构建、能级弥散效应真实性的探究和器件综合性能的优化。需要特别说明的是,由于此项研究工作的探索性很强,上述理论模型的建立经历了艰辛曲折的尝试和修正,所幸最终取得了较为满意的进展。相关主要研究成果及创新点如下:1.建立了基于分数维度电子态系理论的SLD性能分析模型,并以GaAs材料系半导体异质结构为例,综合分析了有源区采用理想二维至理想三维之间分数维度材料的SLD的输出功率、功率谱3dB带宽和纹波系数等性能指标。仿真计算采用具有对称线型的能级弥散函数,且设定其弥散宽度为0.00221eV,工作温度设定为300K。理论计算及其与实验数据的对比表明:在上述分析中必须考虑能级弥散因素的影响,从而证明了半导体材料中的确存在能级弥散效应。同时,还发现了纹波系数在器件性能优化中的决定性制约作用,从而明确了采用啁啾结构量子阱或薄阱型有源区改进器件性能的必要性。这一工作深化了有关SLD器件物理和半导体能带结构的认识,对于SLD的优化设计具有重要的意义。2.在前期工作的基础上,提出了进一步验证分数维度SLD理论模型有效性和完备性的思路,并给出了与该验证工作相关的单量子阱SLD有源区和波导结构的设计方案。需要说明的是,由于疫情和本实验室实验设备更新遇到困难等原因,器件制备及测试工作未能如期取得进展,只能留待下一步进行。