随着信息技术的快速发展,电子元件已经不能满足人们对于数据处理能力的需求,因此以光互联系统替代传统的电互联系统是近年来主要的研究方向。作为光互联系统中的重要组成部分,硅基激光器的设计和工艺制造在近年来成为了硅基光子学中主要的研究方向之一。硅是间接带隙材料,需要声子的辅助才能实现自由电子和空穴的辐射复合,因此与Ⅲ-v族等直接带隙材料相比发光效率要低很多。但是由于硅基材料的低损耗、高折射率差以及十分成熟的CMOS工艺技术,使得研究人员还是不遗余力的坚持在硅基材料上通过与其他发光材料的集成,制作出低成本、高性能的硅基混合集成激光器。在硅基激光器的设计过程中,针对激光器时域响应的数值仿真算法是一种十分有效的工具,可大大减小设计周期并降低设计成本。然而,硅基半导体激光器一般拥有复杂的三维结构,因而很难对其进行整体的数值仿真。本文基于行波模型(TWM)和数字滤波器(Digital Filter Approach)设计了一种适用于Ⅲ-v族材料硅基分布布拉格反射(DBR)激光器的数值仿真算法,同时基于空气缝隙结构和绝缘体上硅(SOI)波导光栅设计了一种新型硅基DBR激光器。主要内容和研究成果如下:1.基于行波模型设计了适用于DFB、FP激光器的有源区数值仿真算法,考虑了温度效应的影响,实现了对激光器时域响应的模拟。2.研究了数字滤波器的原理,利用数字滤波器模拟硅基激光器的无源区域,结合行波模型算法实现了对硅基DBR激光器的整体仿真。3.设计了一种基于空气缝隙结构的新型硅基DBR激光器结构,采用Ⅲ-V/Si混合集成的方式,使用低折射率的空气缝隙结构限制和挤压光场,结合SOI波导光栅构建谐振腔,实现了 1550nm的单波长发光,并采用文中的算法对该结构进行了模拟和优化。