带间级联激光器在军事和民用上具有重要的应用价值。传统GaInSb/InAs/GaSb结构的有源区多量子阱的光学增益相对较小,特别的在高温强电场的特殊环境下,光学增益会进一步减小。本文对最新提出的GaAsSb/InAs/InGaAs Ⅱ型W型多量子阱结构进行了增益特性的计算,提出了采用优化算法对多量子阱结构进行设计,得到了最佳的增益结果。主要研究工作如下:（1）当有源区量子阱二维载流子浓度保持在1.5 × 1012cm-2,并处于常温无电场的条件下,我们采用k·p理论,计算了载流子波函数,导带和价带中的局域载流子密度,色散曲线和带间跃迁强度,得到了动量矩阵元和光学增益（TE模式和TM模式）谱。（2）研究了电场、温度和应变对有源区多量子阱光学增益的影响。施加电场会破坏原有的边带结构对称性,影响波函数重叠效果,导致光增益强度衰弱。温度的降低可以使得导带与重空穴之间能发生的子带跃迁波矢范围扩大,从而有效促进该结构光学增益的提升。在施加约2GPa的面外拉伸应力时,该结构能得到最大的光学增益,而施加面外压缩应力会让该结构的光学增益持续减小。（3）采用Adagrad算法、Adam算法和BFGS算法优化了多量子阱结构。在不加电场的情况下,Adam算法设计的对称GaAsSb/InAs/InGaAs多量子阱厚度分别是2.84,1.76和9.96nm,增益强度为6792cm-1,比原先经验设计方案高出约1900cm-1。在施加75kV/cm的外部电场下,Adagrad算法设计的非对称多量子阱厚度分别是5.62,2.73,1.02,3.28和2.57nm,增益强度为5839cm-1,比原先经验设计方案高出约2400cm-1,这有效抑制了电场带来的增益衰减。（4）为进一步分析带间级联激光器中一个超晶格的运转机制,研究了一般Ⅱ型量子阱的带间隧穿特性。验证了交错生长的AlSb/GaSb结构有效阻止有源区带来的电流泄露,分析了电子态和空穴态的能级如何随半导体材料层的不同组合而变化。结果表明,在四层Ⅱ型异质结构中,要完成完全隧穿,势阱层和势垒层的厚度呈一定的负相关关系;而在五层Ⅱ型对称异质结构中,要完成完全隧穿,势阱层和势垒层的厚度呈一定的正相关关系。