有源光开关、波长转换器和有源微环谐振器等是发展高速灵活光分组交换网络的关键光电器件。这些器件的工作原理是有源区载流子浓度变化导引的折射率变化,同时它们工作时也需要增益。为了使这些器件有效地工作,在器件设计时,需要同时考虑增益和折射率变化。本文首次对兼顾量子阱材料增益谱及其折射率变化谱进行研究,所得研究结果对于未来全光网络中关键器件的研制具有一定理论指导作用,同时有助于其它有源材料物理性质的理论分析。本文首先对半导体能带结构进行了分析,并给出了量子阱材料的增益及其折射率变化的计算模型。其中介绍了能带的有效质量理论,分析了应变效应对能带结构带来的影响,计算了应变量子阱中的临界厚度、材料参数和带边不连续性,并对能带结构进行了求解。在能带结构的基础上,给出了增益的计算模型。使用Kramers-Kronig变换求得增益变化伴随的折射率变化,同时考虑自由载流子吸收效应对折射率变化的影响,最终给出了量子阱材料折射率变化的计算模型。基于能带结构和增益与折射率变化的计算模型,本文对比分析了阱宽、应变和载流子浓度对量子阱材料增益谱及其折射率变化谱的影响,并剖析了其中的物理机理。提出以两谱线的3dB谱宽交叠区面积为度量,进一步分析了各因素对兼顾量子阱材料增益谱及其折射率变化谱的幅值和谱宽特性的影响。研究表明,两谱线的3dB谱宽交叠区面积随阱宽的变化过程中存在一个极大值;引入压应变有利于增大3dB谱宽交叠区面积;3dB谱宽交叠区面积随载流子浓度单调增加的过程中存在一个转折点,在转折点之前增加迅速,在转折点之后增加放缓。基于以上影响规律,选取适当的阱宽与压应变量,在载流子浓度为3.0×1024m-3时,设计出的In0.583Ga0.417As/In0.817Ga0.183As0.4P0.6量子阱结构在C波段内可以恰当地兼顾材料增益谱与折射率变化谱的幅值和谱宽特性,此时两谱线的3dB谱宽交叠区面积为 3.7×104nm/cm。