半导体光放大器以其工作波长范围大、体积小、功耗低、反应速度快、和易于集成等优点，在未来全光通信系统中将发挥重要的作用。在光通信网中除了用于在线放大外，还可应用于光开关、全光波长转换器等方面。　　 由于量子点具有独特的类似于δ函数的能态密度，以量子点为有源区的光电子器件的性能优于传统的量子阱和体材料器件。比如，量子点激光器(QD-LD)具有低阈值电流密度、小线宽增强因子、高输出功率、好的温度稳定性以及高的调制速度；量子点半导体光放大器(QD-SOA)具有高的饱和输出功率、低噪声因子以及超快的增益恢复等优越特性。　　 本文数值模拟了量子点半导体光放大器的特性，并测量了量子点激光器的增益谱，主要内容及创新点如下：　　 论述了半导体光放大器(SOA)的基本结构和工作原理，介绍了几种降低端面反射的方法。在此基础上采用平面波展开方法优化了行波半导体光放大器的减反射介质膜，给出了一系列的优化结果。　　 在量子点内的载流子驰豫和每个量子点内电中性的假设基础上，建立了基于QD-SOA纵向分区和量子点谐振能量分组的速率方程，并数值研究了其增益饱和特性和噪声因子。考虑了载流子和光子的纵向分布以及端面残余反射谱，将输出的放大的自发发射作为迭代变量，采用光子数迭代方法数值求解了以上速率方程，详细分析了量子点基态和激发态载流子纵向分布和频谱烧孔。对于6 mm腔长的器件，在注入电流为500 mA时获得了约19.7 dBm的饱和输出功率和20.6 dB的器件增益。此外，分析了量子点内载流子驰豫时间分别为1，30和60 ps和量子点捕获时间分别为1，5，10 ps时所对应的增益谱。由于自组织生长的量子点的自发发射表现出很强的TE模式极化，计算结果表明QD-SOA的噪声因子很低(3.5 dB)。QD-SOA的饱和输出功率和噪声因子性质和线性光放大器的性质非常相似。　　 通过引入信号场和自发发射场的包络函数研究了QD-SOA增益恢复的动态特性。详细分析了QD-SOA放大单个和两个光脉冲情况下QD-SOA的增益恢复动态特性和图型效应。增益恢复过程可以通过两个过程描述：增益快速恢复到某个中间值然后缓慢恢复到静态值，这个中间值随着注入电流的升高而降低。因此，在注入电流比较高时，增益恢复很快，双脉冲情况下图型效应不显著。这是因为量子点激发态的载流子可以通过快速驰豫补充到基态。文中还模拟了不同驰豫时间条件下的增益恢复情况。　　 准确的测量和表征有源器件的模式增益对提高器件的性能有重要的意义。我们采用傅立叶级数展开方法测量了不同注入电流下七层堆垛的InAs/GaA量子点半导体激光器的模式增益谱，实验上观测到了增益谱的双峰结构，波长分别在1210 nm和1300 nm附近。发现了在长波长端量子点激光器的增益峰值随注入电流增加首先缓慢增加，继而降低，最后继续增加的反常现象。