半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier,SOA）是波分复用无源光网络中实现光网络单元无色化和波长再利用的主要解决方案之一。受限于直波导结构上的对称性,常规SOA无法很好地实现对下行信号进行擦除的同时对上行信号进行线性放大,因此在基于常规反射式SOA（RSOA）的波长再利用方案中,往往可以看到上行信号眼图明显存在残余下行信号的串扰,这一串扰无疑限制了上行信号的传输性能。为了解决这一问题,本文从打破对称性的思路入手,设计并研究了对上行和下行信号具有不同增益饱和特性的非对称SOA和反射式SOA与电吸收调制器（Electro-absorption Modulator,EAM）的集成器件（RSOA-EAM）,其主要内容概括如下:（1）从SOA和EAM中涉及到的基本物理过程出发,对描述SOA和EAM的物理模型进行了总结,得到了求解RSOA-EAM的仿真模型和数值分析方法。以参考文献为标准,验证了仿真模型的准确性,为器件设计提供了有效的仿真工具。（2）设计了一种非对称SOA,该器件通过逐渐收窄的脊宽来使下行和上行信号产生增益饱和效应的差别。利用时域行波模型,分析了非对称SOA各子段的增益饱和特性以及整体的增益饱和特性,结果表明非对称SOA可以按需擦除下行信号并线性放大上行信号。进一步对非对称SOA的量子阱个数和脊宽等进行了优化,分析了偏置电流和工作波长等对器件性能的影响,为器件的制作和实验提供了一些指导。（3）设计了一种非对称的RSOA-EAM,其可以利用非对称SOA的优势来改善上行眼图质量。相比均匀直波导设计的RSOA-EAM,非对称RSOA-EAM可以获得更干净的下行光载波,且经过再调制和再放大的上行波形具有更好的完整性和更高的消光比。在同等的上行误码率要求下,非对称RSOA-EAM可以使下行信号消光比的限制放宽4~7 d B。（4）对非对称SOA和非对称RSOA-EAM进行了实验验证。采用常规工艺流程制备了非对称SOA和RSOA-EAM芯片。实验结果表明,在-16-3 d Bm输入功率范围内,非对称SOA中的下行信号工作在非线性饱和区,而上行信号工作在线性放大区,作为对比的直波导SOA则对下行和上行信号没有表现出差异。借助于非对称SOA的差异处理能力,非对称RSOA-EAM的上行眼图张开程度比类似的报道结果有50%的提升,证明了设计方案的优势。此外,设计器件可以提供25 d B增益、10d Bm的饱和输出功率、25 nm的3-d B谱宽;如果采用前向纠错码,设计器件可以在5 Gbit/s速率下实现30 km上行传输。（5）设计了一种基于偏振差异处理的RSOA-EAM,该器件利用接近正交的下行和上行偏振态来进一步降低上下行信号之间的串扰。仿真结果表明,通过在RSOAEAM末端引入一段法拉第旋偏区并调整法拉第旋偏角,可以显著改善上行眼图质量,但会牺牲上行输出功率。对上行眼图质量和输出功率进行均衡,能够获得最佳的旋偏角。在该角度下,相比不旋偏的直波导RSOA-EAM和非对称RSOA-EAM,设计器件可以使上行眼图Q因子分别提升10 d B和6.3 d B。