光纤光栅激光器在光通信的各个领域中都起着关键性的作用,为将来实现易升级、可重构的智能全光网络提供了保障。本文围绕光纤光栅半导体激光器的特性及其应用,展开了深入而广泛的研究工作,建立新的理论分析模型。概括全文,主要有以下几个方面的成果:(1)光纤光栅外腔半导体激光器工作的不稳定性主要是由外部腔长的变化和相位的不稳定引起的。针对该激光器的不稳定性,本文首次引入了遗传算法重构激光器的参数,从而减少外部反馈对该激光器稳定性的影响。(2)详细讨论了光纤光栅半导体激光器的静态和动态特性与激光器参数之间的关系。研究表明:强的光栅耦合可以改善激光器的输出光的不稳定性问题,并且能获得良好的边模抑制比。为防止边模抑制比的恶化,提出了光纤光栅反射率的最低控制值,标定了半导体内部管芯的长度范围,还发现最好选用光纤光栅端作为这类激光器的出光端面。这些结论都为设计单模光纤光栅激光器提供理论基础。(3)提出了一种将线性传输理论与等效腔理论相结合的混合模型理论,这是一种专门用来分析多段式可调谐的外腔激光器的理论模型。这种理论模型能将有源区和无源区及其光栅视为一个完整的线性系统,从而考虑其内部纵模的谐振、波长调谐、阈值特性、阈值之后的激射特性、波长调谐后的各个波长的边模抑制比。(4)讨论了如何将vernier原理应用在这类宽可调外腔激光器中。它利用内部相位区折射率的改变来移动内部的梳状模式谱,可实现21个信道16.8nm的调谐,为目前相关报道文献中的实验研究提供了可靠的理论基础。(5)针对取样光栅的旁瓣效应,研究了两种不同的取样光纤光栅可调谐光栅激光器。研究表明:取样光栅的旁瓣对激光器内部谐振模式、激射光的边模抑制比和vernier调谐效应等都有很大影响。边缘激射光的边模抑制比的劣化主要取决于取样光纤光栅反射谱的正弦包络。在各种可调谐取样光栅激光器的设计中,必须要求取样光栅的最大的反射包络为平坦形包络。