近年来,光通信承载的业务内容日益增多,传输容量和速率作为光模块的核心参数也是日益提高。随着用户端的业务多元化,各种应用应运而生,如近年来日益流行的网络直播、网上销售、抖音等各种长短视频的兴起,以及车联网等万物互联的需求,加上5G网络的发展,对数据中心的容量以及传输速率的需求随用户数量的增加飞速增长。导致目前的数据中心不断扩容,或新建大型数据中心,从而使得数据中心的数量越来越多,规模越来越大。然而,主干网的光纤资源是有限的,难以扩建或重建主干光纤通信网络,因此光纤传输容量需要进一步扩充。提高传输速率以及增加传输带宽是提高单根光纤的传输容量的两种主要方式,而波分复用技术就是被用在增加单根光纤上传输的波长数量的关键技术。波分复用技术将多种波长的传输光合波到一根光纤中传输,使得光纤的传输容量得以有效增加。同时数据中心的光模块对于光器件的封装提出很高的要求,要求封装尺寸必须小,且封装的可靠度要高。目前数据中心光模块采用的主要技术是外置波分复用器件、AWG（阵列波导光栅）芯片内置、以及组合滤波片技术,然而这几种技术均存在集成度不高和光损耗偏大的问题。本文针对目前光通信中光发射器件多路光集成难度高,系统耦合效率低以及制作工艺复杂的工程技术难题,开展了高速波分复用通信系统中的光发射器件设计、器件制备及工程化应用的深入研究。通过对各种波分复用技术的原理、特性和结构进行系统的分析,选择了尺寸最小、集成度最高、光损耗最小的自由空间薄膜滤片式波分复用技术,以及非球面透镜与球面透镜的自由空间光耦合系统的方案。根据800G FR4的国际通信标准协议定义,确定了本设计光发射器件所使用的波长为O-Band的4个CWDM波长,即1271nm、1291nm、1311nm和1331nm。根据光模块的设计结构需要,设计出波分复用光发射器件的整体结构。以波分复用器件基础理论和多路光发射器件基础理论为指导,模拟设计出波分复用器件和多路波分复用光发射器件。采用自由空间光路耦合系统,以获得最高的系统耦合效率以及最小的各分路耦合效率差。通过对准直光束直径和准直光束质量的优化,以及耦合透镜的色差优化,获得了最佳的光路耦合系统设计。根据透镜耦合光路的模拟优化设计结果,合理布局八路光器件,优化结构设计出最紧凑的多路光发射器件。根据设计模拟结果,采用先进的制造工艺,完成了波分复用光发射器件的制作。搭建了完整的光发射器件测试系统,完成光发射器件的样品测试,测试结果完全符合设计要求。最终在800G波分复用光模块产品中得到应用。测试结果表明本设计开发的光发射器件符合光模块的设计要求。最后总结了波分复用光发射器件的整个设计和制作过程。总结成功的经验与不足,并展望了未来高速集成的光器件技术的发展方向和应用前景。