垂直腔面发射激光器（VCSEL）具有高可靠性,低成本,寿命长,体积小,性能高等优点,具有广泛的应用市场,受到了学术界和产业界的共同关注。由于VCSEL腔长很短,因此具备动态单纵模特性;由于横向尺寸较大,VCSEL通常展现出多横模特性。多横模VCSEL是最先实现商品化的VCSEL,目前在短距光互连、智能手机、激光雷达等领域已经获得广泛应用。下游应用的快速发展,对单模、双波长和可调谐等特性的VCSEL也不断提出了新的需求。传统单模激光器都是缩小器件横向限制尺寸来实现的,但是这也限制了器件的功率,不利于器件的实际应用,在本文中我们提出利用表面浮雕结构增大器件横向限制尺寸的同时又能限制横向光场,实现单模的稳定控制。现如今同时可调谐双波长激射的方法都较为复杂,要么使用复杂的外腔结构,要么需要较为精密的样品结构。这使得实现可调谐双波长激光器较为困难,并且造价极高,大大限制了可调谐双波长激光器的应用。研究对此,本文围绕VCSEL的模式调控问题,分别从横模和纵模两个角度开展了如下创新研究工作:1.通过调控VCSEL的横模,实现单基横模激光输出,研制出80℃高温下输出功率大于2m W的VCSEL器件:设计了可以在高温下单模稳定工作的大功率VCSEL光源,进一步扩大了氧化孔径,通过表面浮雕结构对横向模场控制,实现了单模高功率输出,在80℃下单模输出功率大于2 m W,边模抑制比为29.2d B,这是现在报告的在高温下工作的单模VCSEL的最佳性能。2.通过调控VCSEL的横模,实现单高阶模激光输出,研制出空心光束VCSEL器件:首次利用氧化孔径与表面浮雕对VCSEL的特定横模进行选择的方法实现空心光束,在单模LP21模式下,最大单模输出功率在室温时为3.66m W,80℃时为2.53 m W,功率下降仅为30.8%,高温下边模抑制比为26 d B。3.基于垂直外腔结构实现VCSEL纵模调控:提出一种结构紧凑的双波长VECSEL器件,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益-腔模失配设计,失配波长为24 nm,利用热调谐实现了单波长与双波长输出,双波长对应的最大输出功率均超过1.5 W,实现了单个增益芯片激射波长可在950 nm和1000 nm之间切换,波长间隔近50 nm。4.探索了有源区对纵模调控的影响:设计了一种新型结构紧凑的同步可调谐双波长激光器,提出利用富铟团簇量子限制增益结构作为有源区,借助该复杂结构产生的超宽且平顶的增益特性,仅需要单增益芯片和单光栅即可实现双波长功率相等的同步输出,简化了双波长激光器结构,获得了974 nm/（969.1-977.9 nm）同步双波长激光。