中红外激光器在气体传感、环境监测、医疗诊断和工业过程控制等应用中有独特的优势,由于气体的吸收峰非常窄,因此激光器的单模特性至关重要,波长可调谐激光器还可以兼顾多种气体探测的需求。目前中红外能够实现单模输出的只有DFB激光器和外腔激光器,但是DFB激光器含有光栅,制作复杂、成本高且调谐范围只有几纳米,而外腔激光器体积大,不方便集成。V型腔激光器在近红外通信波段已经实现单模大范围调谐,并且无需光栅,成本低,波长切换简单。本文首次将V型耦合腔的概念引入带间级联激光器,以实现单片集成的单模波长大范围调谐的中红外激光器。带间级联激光器经过多年来的发展,已经在3-6μm波段实现了室温高效输出。但是与InP基材料相比,锑化物材料的工艺水平还不成熟,同时带间级联激光器具有非常多层的结构,垂直和横向电导严重不平衡,因此带间级联激光器采用深刻蚀波导（即刻蚀到有源层以下）以确保电流均匀注入每个级联台阶,这增大了带间级联激光器的制作难度。本文主要研究基于Ⅱ型量子阱锑化物带间级联材料的V型腔激光器的设计、制作与测试。首先我们介绍了实验中使用的带间级联材料及FP激光器的基本结构。通过对V型腔激光器结构和工作原理的研究,得到V型腔激光器的阈值条件,从而获得半波耦合器的主要设计指标,然后利用仿真软件对V型腔激光器的深刻蚀波导和耦合器结构进行仿真,优化激光器的结构尺寸,以获得大范围调谐的单模激光器。随后本文详细介绍了我们研究开发的锑化物激光器的工艺制作流程。着重研究了锑化物材料的刻蚀工艺以及钝化开窗工艺,制作了侧壁垂直的深刻蚀波导和刻蚀面;通过增加电隔离工艺和多次电极溅射工艺,解决了接触层薄的问题,并制作了镀金反射面;通过对整体流程的优化,最终成功制作了符合设计要求的锑化物V型腔激光器。然后本文介绍我们搭建的液氮温度下带间级联激光器的测试系统,以及对FP激光器基本结构和V型腔激光器的光电特性进行的表征。通过对FP激光器基本结构的测试,得到了波导损耗和材料的群折射率以及带间级联材料量子阱增益光谱随温度和注入电流的调谐特性。相比受限于光栅和增益谱的DFB激光器,带间级联V型耦合腔激光器利用注入电流的热效应,固定温度下实现了 35nm的波长调谐,同时通过改变热沉温度调谐范围可以扩展到60nm。调谐过程中边模抑制比最大为28dB,功率大于1mW。本文首次实现了中红外单片集成的单模大范围调谐带间级联激光器。由于中红外V型腔激光器还未能实现室温连续工作,我们搭建了基于近红外V型腔激光器的TDLAS多种气体传感系统,并利用标准气室对激光器进行了标定。实验结果表明直接吸收法对10%以上浓度的CO2气体和1%以下浓度的CO气体的信号强度随气体浓度变化的线性相关系数分别为0.994和0.976,波长调制法将后者提升为0.997,验证了波长调制法对TDLAS系统信噪比和灵敏度的提升。该系统显示了 V型耦合腔激光器单模波长可大范围调谐的性能在多种气体传感应用的优势,并为中红外V型腔激光器用于微量多种气体浓度检测提供了实验基础。