光通信技术的不断发展对光网络的动态性和灵活性提出了更高的要求，可调谐半导体激光器由于具有较大的波长调谐范围以及快速的波长切换能力，受到越来越多研究者的关注，并在下一代光网络中发挥举足轻重的作用。它们既可在波分复用的无源光网络（WDM-PON）系统中用于无色光网络单元（Optical network unit，ONU）,也可以用于构建可重构的光分插复用系统，还可以用作波长转换器等。在微波光子学领域，双模可调谐半导体激光器例如两节的分布式反馈（DFB）激光器、光栅级联的分布布拉格反射（DBR）激光器等，已逐渐取代频率相近的分立激光器被用于太赫兹和微波的产生。本文从可调谐半导体激光器的理论模型出发，对三段式DBR结构的单模和双模可调谐半导体激光器进行了深入的理论和实验研究。　　本研究主要内容包括：⑴建立了可用于分析可调谐半导体激光器特性的静态和动态理论模型。基于静态传输线模型，对三段式DBR单模激光器的波长调谐特性、边模抑制比、阈值电流以及输出功率等做了深入研究和讨论；利用时域行波模型可得到激光器的激射谱，对直接调制产生的频率啁啾进行研究；基于多模速率方程，研究了三段式DBR单模激光器的波长切换特性。⑵阐述了三段式DBR激光器的制作工艺。研究了工艺过程对器件性能的影响，包括芯片波导中有源区和无源区界面倾角对光场反射的影响以及光栅刻蚀深度对光栅耦合系数的影响。讨论了三段式DBR激光器的工艺制作过程。对项目合作方研制的三段式DBR激光器的相关特性进行了测试，测试结果满足项目要求。⑶对三段式DBR单模激光器直接调制过程中产生的频率啁啾进行了深入的理论研究。基于时域行波模型，重点研究了三段式DBR单模激光器在2.5Gb/s的调制速率下输出信号在光纤中传输不同的距离所产生的畸变，计算了传输后的品质因子和消光比（Extinction ratio，ER）。利用相位区的调谐特点，提出了一种新型的啁啾补偿方案，经过啁啾补偿后光谱被压窄，信号质量获得明显改善。在误码率（Bit error rate，BER）<10-9和ER>6 dB的条件下，传输距离可达120 km以上。⑷对普通三段式DBR激光器中存在的双模现象进行了实验观测，在此基础上，提出了一种基于双层波导光栅（Double layer grating，DLG）的新型双模可调谐半导体激光器—— DLG-DBR激光器。基于多模速率方程，对DLG-DBR激光器的模式竞争特性、波长调谐特性以及动态波长切换特性进行了深入的理论研究。⑸研究了DLG-DBR激光器的注入锁定过程。首先，建立了注入锁定下的多模速率方程以及线性稳定性分析模型，研究了在不同模式耦合强度、不同激光器开关顺序、不同失谐频率以及不同功率注入强度下DLG-DBR激光器的非线性动态分岔特性，同时对静态特性进行了分析。其次，研究了DLG-DBR激光器的波长双稳态特性，给出了不同光栅区电流下的滞回曲线。最后，将DLG-DBR激光器的波长双稳态特性用于全光信号处理，给出了应用于光存储的解决方案。