随着光通信系统的飞速发展，对于光通信器件的性能也提出了更高的要求。在长距离光通信系统中，光接收机中的核心器件光探测器用于接收被光信号调制的光载波，通过光电转换实现传输信息的解调。因此，其性能直接影响整个光通信系统。光探测器主要有光电二极管(PIN)和雪崩二极管(APD)。在高速情况下，这两种接收机的灵敏度性能都受限。而光前置放大后再经过PIN探测器的方案可以使得光信号放大时不受带宽限制，因而可作为同时实现高速和高灵敏度光电探测器的一个有效方案。论文的主要工作如下：1.本文首先分析了用前置光放大器+PIN的结构代替APD的优势。再进一步讨论该放大器的优化设计方法。这里的光放大器采用垂直腔半导体光放大器(VCSOA)，由于其出射光为圆形光束，因此能很好地与PIN探测器相耦合，并且对偏振敏感性不高；另外，垂直集成结构易于成长加电极，可以实现高密度二维集成，其制造成本不高。2.分析VCSOA的结构和工作原理。由于VCSOA的光腔太短，为了获得更高的增益，需要考虑如何提高其腔内的单程增益以及如何增大两端的反馈。3.进行器件建模。包括通过传输矩阵的方法计算DBR的反射谱，通过行波方程的方法计算光放大器的输出特性。4.通过仿真分析VCSOA的相关特性，探讨VCSOA+PIN集成器件的可行性。根据不同的应用场合，具体我们设计了两类VCSOA：1）通过优化VCSOA的增益，采用前置光放大+PIN的方式，在保证高带宽的前提下提高接收机的灵敏度，用以替代APD；2）通过优化VCSOA的增益饱和特性（仍采用VCSOA+PIN的结构）对进入接收机的信号进行光功率均衡，以减小无源光接入网中由于光线路终端（OLT）至光网络单元（ONU）之间不同传输距离导致的较大的输入功率动态范围。