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随着高清视频、智能手机、数据中心、高性能计算机等业务的迅速发展和城市信息化的推进，运营商网络建设的重点已转向局域网和城域网。为满足人们对通信带宽、信息处理和传输速度等方面日益增长的需求，需要开发更高速的应用于数据中心的以太网系统，如40Gb/s、100Gb/s等。 本论文详细阐述了1.3μm高速单片集成光发射芯片的结构设计、工艺制备和测试分析。开展了包括单片集成芯片的多波长实现技术、有源/无源集成技术、有源/无源脊波导刻蚀工艺技术等在内的一系列工艺研究工作。研究了激光器的动态理论、基于光-光振荡效应的带宽扩展理论、模式转换和模式复用/解复用理论等相关的理论知识。积累了高速单片集成芯片和少模光发射芯片在器件制备工艺方面的经验，对高速以太网系统和少模光通信系统具有重要的研究意义和应用价值。 主要的研究工作和创新内容如下: 1.采用Crosslight软件对1.3μm激光器的InGaAsP量子阱结构进行了详细的优化设计，制备的FP激光器3dB调制带宽可以达到13.3GHz，制备的1.3μmDFB激光器3dB调制带宽达到10GHz; 2.通过BPM法对以太网系统的合波器MMI进行了仿真优化设计，并对器件进行了制作和性能测试，制作的MMI具有较低的插入损耗和信道间较均匀的特性; 3.分别采用电子束曝光和选区外延生长(SAG)两种技术方案制备了1.3μm多波长DFB激光器阵列器件，并分析了这两种方案的优缺点，最终决定选择采用SAG技术方案。在SAG技术方案中，我们分别采用SAG选区量子阱和选区上波导层两种技术方案制作了1.3μm多波长DFB激光器阵列器件，并对测试结果进行了对比分析; 4.研制了应用于40G/100G以太网系统的单片集成光发射芯片，主要包括高速直调DFB激光器光发射芯片、高速直调PFL单片集成光发射芯片和高速直调AFL单片集成光发射芯片。高速直调DFB光发射芯片的所有信道3dB调制带宽均大于7GHz。高速直调PFL单片集成光发射芯片中除了Channel1之外，Channel2-4均可以实现带宽扩展，扩展后的3dB带宽大于17GHz。高速直调AFL单片集成发射芯片可以实现稳定的单模激射，所有信道的SMSR大于32dB，且各信道器件均可以实现带宽扩展，扩展后的3dB带宽分别为13.6GHz、15.8GHz、15.3GHz、15.7GHz; 5.通过欧盟的InP基通用代工平台JePPIX成功研制出1.55μm四信道高速直调DFB激光器光发射芯片，所有信道的3dB调制带宽均大于15 GHz，并测试了芯片25Gbit/s和32Gbit/s的背靠背眼图，所有信道的25Gbit/s眼图均可以清晰地张开，消光比约4-5dB左右; 6.对少模光通信系统中的模式转换器和模式复用/解复用器件进行了研究。涉及到的器件主要有:50％、66％和100％转换效率的模式转换器，基于MMI-MMI结构的模式复用/解复用器件和基于Y-MMI结构的模式复用/解复用器件。其中，基于Y-MMI结构的模式复用/解复用器的整体腔长只有445.7μm，是目前国际报道的尺寸最小的InP基模式复用/解复用器结构。