由于高功率半导体激光器的频谱特性和光束质量非常差，限制了它在原子冷却、磁光俘获原子、拉曼光谱、泵浦固体激光器等领域中的应用。为了达到科学应用的严格要求，在过去的三十年中发展了多种改善半导体激光器光束质量的方法。外腔反馈技术能有效压缩线宽，稳定输出波长，实现波长可调谐输出。本论文的目的是通过研究外腔反馈对大功率半导体激光器频谱特性的影响，探索谱线压缩、波长可调谐的实验条件，为采用外腔反馈技术改善大功率半导体激光器输出特性奠定研究基础。首先从麦克斯韦方程组出发，推导了自由运行时半导体激光器的速率方程。并将该速率方程分别推广到种子光注入和外腔反馈情况中，通过数值求解速率方程，从理论上分析了光注入参数和外腔反馈参数对激光器动态特性的影响。然后根据国内外外腔反馈技术改善半导体激光器输出特性的研究成果，首先利用光栅全反馈、光栅反射镜双外腔反馈来改善半导体激光器的频谱特性。在光栅全反馈实验中，我们研究了注入电流、反馈率和外腔长度对宽条形半导体激光器频谱特性的影响以及波长的调谐范围。当注入电流为2A，外腔长度为34.50cm时，激光谱宽由1.3nm压缩至0.28nm，谱宽压缩了达到21.54%。波长随电流的漂移率为0.29nm/A，和自由运行时的0.59nm/A相比，光栅全反馈使波长的稳定性增加了一倍。并在该方案中实现了波长在3.07nm范围内的可调谐输出。在光栅和反射镜构成的双外腔反馈实验中，研究了两个外腔长度以及反射镜的反馈比例对半导体激光器频谱特性的影响。当两个腔长差别较大，注入电流较高时，半导体激光器的光谱中会出现双峰振荡的现象。但是当这两个腔长比较接近时，能获得很好的光谱压缩。此外，双外腔反馈中谱线压缩的效果和反射镜反馈比例成正比。虽然前两个方案都能有效地改善半导体激光器的频谱特性，但是由于光栅的零级衍射光的效率很低，使得前两个方案的输出功率始终小于20mW，不利于实际应用。因此在前两个方案的基础上提出光栅半反馈方案，并在实验中研究了反射镜的截光比例和外腔长度对半导体激光器频谱特性的影响。确定反射镜截光比例为1/2，外腔长度为34.50cm时，光栅半反馈外腔对半导体激光器频谱特性改善效果最佳。在该实验条件下，当电流在1.5至3.5A之间变化时，光栅半反馈下波长随注入电流的漂移率降低到0.20nm/A，比光栅全反馈更稳定。实验结果表明，该方案不仅能获得更好的频谱特性，还能获得非常高的输出功率。当注入电流为2A时，实现了0.28nm的窄线宽输出和波长在5.18nm范围内可调谐输出，输出功率提高至321mW；注入电流为4.5A时，谱宽为0.6nm，输出功率达到988mW。