新世纪以来,光纤通信网成为电信骨干网的主要技术。光信号在光纤中传输时,在各种损耗作用下,光信号的功率会下降。当传输的距离很长时,就需要在传输线路上加中继器,将衰弱的信号放大,这样才能达到远距离传输的目的。传统的中继器采用光—电—光的转换方式对光信号进行放大,但它存在以下缺点:价格昂贵、设备复杂且可靠性不高、使用不便,不适应DWDM光纤通信系统。而半导体光放大器具有体积小、结构简单、成本低、不需抽运源、易于同其他光器件和电路集成,以及高非线性等优良特性,可以用作功率放大、中继放大和接收机前置放大外,还可以在波分复用系统中作波长转换器或构成光开关阵列及光交换系。因此现在半导体光放大器在集成电路高密度化的现实生活中越来越被广泛应用,主要应用在波长变换,光逻辑门,光开关等方面,SOA的增益特性是应用的基础,因此深入研究它有很大的必要性。本论文从分析SOA的理论模型入手,对SOA的各种非线性特性进行了详细的研究,并且利用实验的结果验证了模拟结果的正确性。并自行搭建实验平台对其应用如波长变换进行了实验研究,并取得一定的成果。具体内容如下:1、在广泛查阅文献资料的基础上,对半导体光放大器的XGM(交叉增益调制)、XPM(交叉相位调制)、FWM(四波混频)及NPR(交叉偏振旋转)几种非线性效应及其应用进行了理论研究。2、提出了SOA的分段模型理论,并基于这一理论模型,从SOA的载流子速率方程和光波的传输方程出发来求解这一模型。3、用数值方法模拟了不考虑SOA端面反射率时SOA的非线性增益饱和特性。对比着模拟计算了考虑SOA端面反射率时SOA的非线性增益饱和特性,并对计算结果进行了分析比较,计算结果与实验相吻合。4、同时也模拟计算了载流子寿命在一些不同参数影响下的变化曲线。5、实验部分,利用实验结果来验证理论分析的正确性。