当前人类社会已进入信息化和智能化时代,其特征是信息量十分巨大、信息传递非常快捷、信息处理十分迅速。这使得未来的光网络,需要有更高的传输速率,更好的动态灵活性,更低的成本。因此单片集成的波长可调谐激光器以及高速调制器在未来的光通信中将有着非常重要的意义和广阔的前景。本文主要研究基于InGaAsP/InP晶片的单片集成的波长可切换半导体激光器的设计和制作,以及高速的Q调制技术。首先提出了一种全新的波长可大范围切换的半导体激光器结构——Ⅴ型耦合腔半导体激光器。其利用游标效应,显著扩大了激光器的波长调谐范围。与以前的Y型腔激光器相对比,V型腔激光器由于光不需要经过一段公共的波导,因而可以通过同时优化设计两个腔之间的耦合相位和耦合系数显著提高激光器的主模边模阈值差异,从而明显改善激光器的单模选择性。同时在对V型腔进行优化设计过程中,我们提出了一种新型的半波耦合器,通过适当设计其耦合区的长度和宽度,其可以实现任意的耦合相位。而对于V型腔,当两个腔之间的耦合器为半波耦合器时(交叉耦合相位为180°),可以实现最大的边模抑制比。利用多模速率方程及V型腔的阈值条件,分析计算了V型腔进行波长切换时的稳态和动态特征,包括瞬态串扰和切换延迟,并分析了影响激光器波长切换速度的因素。我们还总结了基于InGaAsP/InP量子阱晶片的单片集成有源无源器件的制作工艺流程,包括光刻、波导刻蚀、平坦化、金属溅射以及深刻蚀和量子阱混杂等技术。制作了用解理面做反射镜的V型腔激光器,并对其性能进行了测试。实验验证了V型腔激光器中基于游标放大原理的大范围数字式波长调切换功能。对于高速Q调制技术,我们从理论上分析计算了Q调制的小信号频率响应以及引起的载流子浓度的扰动随调制频率的变化趋势,以及与直接调制的区别。然后比较了不同速率的大信号Q调制与直接调制的特点,并探讨了激光器的泵浦电流、Q值、有源区的光学限制因子以及材料的增益饱和系数对Q调制的影响,此外还讨论了Q调制对不同的信号码型的调制结果。理论计算表明Q调制有显著高于直接调制的带宽,对于40Gb/s的任意归零码序列,仍然有很好的调制能力。而且由于在高速调制时载流子浓度不再能跟随调制信号的变化,速度越高,载流子浓度的变化越小,因此相比直接调制的调制啁啾随调制速率的提高而迅速增加,Q调制的调制啁啾随着调制速率的提高反而下降。最后我们提出了几种实现Q调制的具体激光器结构。先针对非相移的均匀DFB激光器利用调节后反射镜的办法实现Q调制,并分析计算调制前后激光器的阈值增益及性能,利用时域traveling-wave模型计算其Q调制结果。计算表明,对于10Gb/s的任意归零码序列,激光器的输出光仍然能很好的跟随调制信号的变化,很好的符合了前面理论分析的结论。然后分析了利用调节腔内损耗实现带相移DFB激光器的高速Q调制,结果表明该结构同样能很好的实现激光器的Q调制。最后基于V型耦合腔激光器和高速Q调制技术实现了一种波长可大范围切换的全光波长转换器,计算分析表明该波长转换器可以在很大波长范围内实现波长转换,而且具有很低的波长相关性,良好的输出消光比及很小的波长转换啁啾。