由于半导体光放大器（SOA,Semiconductor Optical Amplifier）的体积小，可以用电流泵浦并有光集成的前景，因此人们对SOA的研究相当重视。要实现SOA与其它器件的单片集成，器件间必需高效地互相耦合，并且制造成本低，这对于常用的单波导结构的SOA来说是很难做到的。集成双波导半导体光放大器（ITG-SOA，IntegratedTwin-Guide SOA）将光的放大与光的输入-输出功能相互分开，分别由不同的“部件”完成，这种结构非常适合于各种器件之间的相互耦合，且制造成本相对低廉。ITG-SOA的结构形式将是构建未来光子集成回路（PIC）的重要理念之一。基于ITG-SOA的光开关（ITG-SOA-Switch）矩阵融合了多种光开关结构的优点，同时具备高的开关消光比、高的开关速度（纳秒量级）、好的端口可扩展能力以及具有增益、低的路径相关损耗的特性，而且便于和其它器件相互集成，因此极有可能成为下一代光包交换网络的核心器件。ITG-SOA和ITG-SOA-Switch相对于SOA在结构上的变化，带来了器件特性许多新的特点。本文围绕ITG-SOA和ITG-SOA-Switch的材料特性、静态和动态工作特性以及关键参数的测量进行了理论和实验研究。具体内容如下： （1）介绍了单片光子集成技术的特点，概述了典型的单片光子集成技术，回顾了可扩展型有源光开关矩阵的各类和研究状况。 （2）对InGaAsP/InP材料的折射率和吸收特性进行了分析。详细讨论了3种载流子效应，即能带填充效应，带隙收缩效应和带内自由载流子吸收（即等离子体效应） 对InGaAsP/InP材料折射率变化的影响及其与载流子注入水平和掺杂浓度、类型的关系。 （3）运用ITG-SOA光场传输方程对ITG-SOA在相位匹配和失配条件下的基本特性进行了讨论。建立了ITG-SOA的数值模型，采用与SOA相关性能相比较的方式，详细地分析了ITG-SOA小信号放大时的纵向特性、增益谱特性及其静态增益饱和特性，并结合ITG-SOA在增益谱特性和静态增益饱和特性上的特点就其应用前景进行了讨论。 （4）分析了可扩展型有源光开关矩阵拓扑结构的优化过程，说明了ITG-SOA和ITG-SOA-Switch之间的内在联系。研究了ITG-SOA-Switch的开关速度、开关消光比、导通放大时的动态特性、增益饱和特性上的新特点及其应用在波长转换上的独特优势。 分析结果和SOA的有关特性进行了比较，并与文献报道的实验数据进行了对照。 （5）实验上，利用放大的自发辐射（ASE）谱上的纵模波纹及其随电流的变化特性，获得了SOA的增益、微分增益、有效折射率、折射率变化和线宽增强因子等重要的性能参数。揭示和解释了在激射阈值以下和小信号增益（SSG）谱的解析方程。以此为理论基础，通过实验说明了用单值校准的ASE谱快速评估SSG谱的方法。最后，对泵浦相关ASE波纹进行了实验观察和讨论。