无源光网络是公认的“最后一公里”问题的理想解决方案。为了满足用户们不断增长的带宽需求，各种提高接入容量和延伸接入距离的无源光网络架构被提出。本论文针对下一代无源光网络的需求，围绕增益钳制半导体光放大器（GCSOA）开展了全光波长转换和线性光放大的应用研究，具体内容如下：提出一种基于光纤光栅外腔结构的增益钳制波长转换器（GCWC），详细介绍了其结构、工艺和工作原理；建立了基于速率方程的理论模型，对其频率响应、转换波形、消光比和过冲进行了仿真分析和实验研究，讨论了器件的结构参数和工作状态对转换性能的影响，进一步实验研究结果表明了GCWC具有至少10dB的输入功率动态范围。在此基础上，设计了基于GCWC的波分时分混合复用无源光网络（HPON）系统架构，并对其性能进行了测试分析。实验结果表明GCWC能够实现不小于25nm的大波长范围全光波长转换，保证了ONU的无色性，实现对功率差异超过5dB的突发信号的全光功率均衡，并具有对速率和协议透明的特性；证明了HPON系统总体性能达到至少60km的接入距离和256×16的接入用户数。提出了一种基于环形腔结构的增益钳制线性光放大器（GCLOA），详细分析了其组成结构和工作原理；对其频率响应、增益和噪声进行了仿真研究。以此为基础，设计了基于GCLOA对波分复用的上行信号同时进行放大的架构，并针对其性能进行了仿真分析。仿真结果表明GCLOA带来的灵敏度代价很小，相比普通SOA具有饱和输入输出功率高、通道间串扰小、不会引起误码率底限等特点。