近年来,我国网络覆盖范围不断扩大,传输和接入能力不断增强,宽带技术取得显著进展,产业链已经初步形成,应用服务水平不断提升。物联网、云计算、数据中心、终端服务、车载网络、无线网络、可见光通信等等都将带来网络流量井喷式的发展。而波长路由技术能大大提高光通信网络的可靠性,光通道中的各段链路可采用多个波长,一旦在光通道中有空闲波长,其便可以用来构建新的光通路。这种波长路由技术,包括波长转换技术和光交叉连接技术,可以提高波长利用率,有效解决光交叉连接中的波长竞争、动态路由规划问题,以降低网络的阻塞率,提高网络的灵活性。本课题针对全光网络的需要,提出一种全光波长转换和路由系统,希望能够以V型耦合腔可调谐激光器为基础,将各个不同的有源无源器件单片集成在同一芯片上,从而能够在一定通信波长范围内,实现对光信号放大处理、转换波长、转发路由的功能。本文中V型耦合腔激光器(VCL)是一种基于半波耦合器选模,通过两个有微小光程差的谐振腔的游标效应实现大范围波长调谐并有很高的边模抑制比(SMSR)的激光器。它不需要光栅,制作工艺简单,十分便于集成。本文将基于VCL激光器提出多种方案,并通过仿真设计验证VCL半导体激光器的调谐范围扩展、窄线宽、准连续调谐、啁啾可控等性能。这种低成本高性能的可调谐激光器和多功能大规模集成度的光器件吸引了业界的关注,并成为目前发展的大趋势。本文结合V型耦合腔激光器,提出了延时马赫曾德干涉型(DI-MZI)的SOA交叉相位调制(XPM)波长转换结构,设计包括延时波导、多模干涉耦合器(MMI)、SOA、有源无源耦合器等器件,运用时域行波模型分析目前可实现40Gb/s归零码型全光波长转换的两种模型。本文针对单片集成的技术需求,希望通过quantum well offset、quantum well intermixing或者butt-joint集成平台的搭建,解决上述器件集成不兼容、制作工艺复杂等问题,重点探索了三种集成平台制作工艺。我们成功制作了全光路由芯片,测试实现2.5G的全光波长转换,这将是国内首个实现波长转换并路由的大规模光子集成器件,能缩小与世界先进研究水平差距。总而言之,设计和实现高速光子集成器件可大大减少光网络终端和节点设备的功耗和体积,是下一代光网络发展的关键技术。本课题聚焦于开发高性价比的半导体可调谐激光器,并推向产业应用;同时基于V型耦合腔可调谐激光器进一步探索超高集成度的光子路由器芯片,为未来全光路由技术打下基础。