随着人们对通信带宽的需求日益剧增,光纤通信系统正快速向大容量、高速率发展。10G无源光网络(PON)接入技术,如光纤到户(FTTH),在国内外现均已逐渐进入商用化阶段。在此应用场景下,光器件的性能和成本并重,具有高性能价格比的光源器件为PON网络所亟需,因而一直为该领域的研究重点。根据10G-EPON和XG-PON现行标准,光网络终端(OLT)下行链路的光源波长设置在L波段1574-1580nm,而已经广泛铺设的G.652光纤在该波段有较大的色散效应,因此,普遍采用线宽较小的电吸收调制激光器(EML)和啁啾管理激光器(CML)作为下行光源器件。然而,EML和CML功耗大、成本高,不利于商业化建设。基于DFB结构的直接调制激光器(DML)具有结构简单紧凑、低功耗、低成本的优势,然而,其本身在电流直接调制时产生的寄生啁啾进一步增加了激光器输出光谱的线宽,加剧了传输过程中信号波形的失真,最终导致接收机误码率严重劣化。本文旨在设计优化DML芯片,并通过系统传输的仿真及实验,研制出满足系统传输要求的低啁啾DML器件。本文主要工作包括:(1)L波段10G DML传输系统的研究与仿真。所研究的传输系统包括DML光源,标准单模光纤和接收机三大部分。建立了各部分的理论模型及仿真方法,并通过与文献对比以验证程序求解正确性。之后,本文基于采用增益失谐技术优化设计的有源区材料和器件结构,对直调激光器进行了性能仿真,并通过建立的系统传输仿真平台对器件的传输性能进行了仿真和预估,给出了满足10G PON协议要求的初始芯片设计。(2)对实际制作的失谐设计低线宽DML芯片和用于对比的常规DML芯片进行了芯片测试,并对芯片测试的结果进行实际器件参数提取,并进一步通过系统仿真预估实际制作的10G DML芯片的传输特性。(3)将芯片进行器件(TOSA)封装,在模块上对其在6.25 Gb/s和10 Gb/s的调制速率下的传输性能进行了实际测试,包括眼图、误码率以及系统功率代价。并且,我们将系统测试结果与理论预估进行比较,分析了误差原因。最后,根据仿真和测试结果研究分析了10G L波段DML的啁啾性质及其对系统传输性能的影响,以期进一步优化改进其传输性能。