自从上世纪六十年代半导体激光器和光纤问世以来，光纤通信技术得到了迅猛发展。特别是近年来，随着宽带通信和数据中心的的迅猛发展以及人们对带宽需求的不断提高，廉价的单纵模可调谐激光器作为光纤通信系统的核心器件，是未来光通信行业发展的大趋势。目前实现单纵模激光器主要存在几种方案，市场的主流是单纵模的DFB激光器，其边模抑制比高，可以做到很高的直调速率，但是其调谐范围有限，对于大范围的波长调谐，往往需要采用DFB阵列;主流的可调谐激光器有好几种类型，如市场上流行的SGDBR激光器、DS-DBR激光器，MGY激光器等，这类激光器基本都是基于光栅选模，能够实现大范围的波长调谐，但是制作工艺复杂，制作成本很高。学术上研究比较热的还有基于微环的激光器，这类激光器有比较平坦的透射谱，但是微环制作对工艺要求很高，同时温漂也比较严重。近年来，一些基于新型选模机制的单纵模激光器开始出现，例如基于半波耦合Ⅴ型腔可调谐激光器、耦合刻蚀槽激光器、暗态激光器以及宇称-时间对称激光器等。　　基于半波耦合的Ⅴ型腔可调谐激光器早在2008年就被提出，并衍生了一些商用化器件和集成芯片，基于传输矩阵的阈值分析也已经非常成熟。但是频率上的传输矩阵或者速率方程求解很难反映激光器本身工作的物理机制。本文首先针对物理意义上非常重要的半波耦合器和四分之一波耦合器，建立起了一套以时域耦合模为基础的理论模型。传输矩阵模型的计算可以发现，四分之一波耦合激光器体现出双纵模的特性，而半波耦合器能够单纵模激射。本文根据时域耦合模理论，给出了激光器模式特性完整的解析解，从机理上推导出基于半波耦合与四分之一波耦合的有源及无源器件的模式特性，基于此我们还首次给出了特定半波耦合激光器的最优解析解。除此之外，本文还给出了任意耦合相位激光器的模式特性的解析解，得到的边模关系和已有的半波耦合器理论计算结果相吻合。最后本文还分析了半波耦合激光器与当下研究领域非常火热的“暗态”激光器和宇称-时间对称激光器的关系，指出它们在光场分布上是等效的。　　根据已经建立的四分之一波及半波耦合理论，本文进一步提出了一种全新的基于有损半波耦合刻蚀槽的单纵模激光器。本文详细分析了耦合刻蚀槽相位和损耗对基本两段式耦合槽激光器模式特性的影响，并根据模式竞争理论，对耦合刻蚀槽单纵模激射的刻蚀槽容差进行了详细分析，证明了单纵模耦合刻蚀槽激光器具有相当大的相位容差，并得到了半波耦合刻蚀槽激光器无限级联不改变激光器模式特性的结论。基于这些理论分析，本文提出了三段式有损半波耦合刻蚀槽的单纵模激光器，通过在半波耦合刻蚀槽中引入损耗来实现模式选择，并通过在滤波器中引入增益或者在滤波器端面镀高反膜来提高激光器的模式选择性，有损半波耦合刻蚀槽激光器实现了比传统四分之一波耦合刻蚀槽激光器高的多的模式选择性。通过对三段有源腔的静态调谐特性测试，我们给出了三段式刻蚀槽激光器的调谐规律，并指出了其实现大范围密集波分复用的方法，最终通过电调谐以及电注入引起的增益谱漂移，该激光器实现了12个信道的数字式调谐、边模抑制比达45 dB以上、具有84 nm的调谐范围。除此之外，我们通过引入新的测试方法对激光器的增益谱漂移进行标定，批量测试结果也显示了耦合刻蚀槽激光器具有刻蚀槽宽容差很大的特点。通过对激光器的动态特性进行测试，发现激光器的线宽分布在3 MHz～13 MHz之间，小信号频响和相对强度噪声谱谐振频率大于8 GHz，直调特性能够达到5 GHz，经25 km传输后依然能够张开清晰的眼图。同时还发现激光器在不同偏置条件下具有正负啁啾可调的情况，并给出了理论解释。　　除了单纵模激光器，本文还根据之前四分之一波耦合器的理论，提出了一种基于四分之一波耦合刻蚀槽的四段式双波长激光器方案，本设计给出了该类激光器的设计原理和实验结果，最终该激光器实现了频率间隔为0.35 nm的双纵模激射，边模抑制比为28 dB，通过改变中间两个FP腔的增益分布，双纵模间隔从0.3 nm调到了0.42 nm，对应的频率间隔为37.5 GHz到52.5 GHz，恰好位于毫米波波段，在微波光子学领域具有重要应用。