垂直腔表面发射激光器(VCSEL)以其独特的结构和良好的特性，如圆形出光，发散角小便于与光纤耦合；体积小，表面出射易于二维阵列集成；光学谐振腔短容易实现单纵模工作等优点，成为光通信、光互连、光计算、光信息处理等领域的理想光源。 本文通过建立适用于VCSEL的速率方程，不同于以往的处理方法，在国内首次基于SIMULINK平台开发出VCSEL的可视化动态仿真模型，直接实施高频大信号情形下的动态仿真，避免了小信号近似的限制条件，提高了计算精度，对使用SIMULINK进行光学器件和系统仿真进行了有益的探索。针对VCSEL的微腔结构，具体研究了典型结构参数(孔径、有源区厚度)；自发辐射因子以及增益压缩因子与VCSEL稳定性及分岔点变化规律的关系，从理论上确定VCSEL稳定运行条件，找到了二倍周期分岔点、四周期分岔点以及混沌带与它们的依赖关系，并对出现混沌的条件进行探讨。仿真表明提高VCSEL稳定性的三个方法是：缩小孔径尺寸；适当减小有源区厚度；增大自发辐射因子。 进一步通过扩展模型，使之适用于外腔反馈的情形，分别研究了短外腔和长外腔反馈情况下VCSEL的动态行为。具体分析了外腔长度的极小变化(长度变化在1μm范围内)和外腔镜面反射率对VCSEL非线性特性的影响。仿真表明腔长的极小变化会造成VCSEL输出功率以发射光半波长为周期的周期性波动，对短外腔来说，不会破坏出射光的稳定性，对长外腔而言，会出现分岔、四周期、准周期、混沌等非线性行为。在此基础上，探讨了利用高频注入法对反馈引起的混沌进行控制。这些分析与结果对VCSEL的设计和优化也有一定的参考价值。