随着互联网、无线通信的快速发展,人们对信息传输的速度、容量和距离提出了极高的要求。目前,光纤通信因为其传输容量高的优势已经成为了最主要的信息传输方式。随着光纤通信网络容量的进一步增加,密集波分复用(Dense wavelength division multiplexing,DWDM)被广泛地采用。然而,如果依旧采用分立的激光器组建光网络,系统的体积、能耗、成本将会急剧增加,网络的复杂性也会大幅增加。波长可调谐半导体激光器可以改变波长,它能够有效地简化系统,降低成本。本论文围绕级联分布式布拉格反射(Distributed bragg reflector,DBR)可调谐半导体激光器展开研究。首先介绍了激光器中用于选模的波导光栅,分析了多种光栅的光学特性。然后,介绍了耦合模理论和传输矩阵法,并基于此对半导体激光器的仿真模型进行了建立和修正,分别建立频域稳态和时域动态的半导体激光器仿真模型。论文提出了一种新型的可调谐激光器,该激光器由无源光栅区与有源区交替级联构成。调谐相邻两个无源光栅区的电流即可以实现激光器的波长可调谐。具体来说,每个单元激光段(Laser section,LS)由两个布拉格波长略有不同的无源光栅段(Grating section,GS)和它们之间的有源段(Active section,AS)组成。为了实现大范围激光调谐,可调谐激光器整个腔采用了阶梯式的光栅周期结构。由于两段激光器共用一个GS,激光器的总腔长明显减小。此外,由于DBR结构,该激光器具有很快的波长切换速度。具体地,本论文设计并分析了一种具有四个GS和三个AS的可调谐激光器,能达到13.2纳米的连续调谐范围,9纳秒的波长切换速度,大于10GHz小信号调制频率以及大于10Gbit/s的数字直调速率。这些性能指标显示了所提出的激光器方案的技术优势,有望应用于未来高速光通信系统中。另外,论文还讨论了用取样光栅制作该可调谐激光器,从而简化制造,降低成本。