随着现代信息社会的快速发展，人工智能大模型和数据中心等关键领域对数据的传输速度提出了前所未有的要求。传统硅基集成电路遇到传输带宽受限和能耗过高的问题，逐渐难以胜任更高速的信息通信任务。硅基光电子集成芯片以光子进行数据传输，具有低功耗、高带宽和抗干扰的优势，且兼具微电子的高集成度和CMOS工艺兼容的优势，是解决这一瓶颈的热门方案。近些年来，硅基光子集成系统中的无源器件已经取得长足进步，例如光波导、耦合器、滤波器等器件已经可以高密度、高性能集成到硅基光电子芯片，但是片上集成激光器的发展仍然缓慢。量子点激光器因为三维量子限制效应，具备低阈值电流密度、缺陷不敏感、反射不敏感和高温度稳定性的优点，是片上集成激光器热门方案之一。利用量子点激光器对缺陷不敏感、抗反射和CMOS兼容特性制备的单片集成光频梳激光器具有低成本实现超高带宽数据传输的潜力。同时，基于量子点光放大器的混合集成外腔激光器具备大展宽、窄线宽和耐高温的优点。本论文主要研究了以量子点材料作为增益介质的光频梳和外腔激光器，具体研究内容和取得的创新性成果如下：论文的第一个研究内容是：GaAs基量子点光频梳激光器可靠性研究。为探究量子点光频梳激光器在高温环境下的可靠性，我们设计并制备了GaAs基100 GHz模式间隔四阶碰撞脉冲锁模激光器，并对该激光器进行了高温加速老化可靠性测试。将该激光器置于80 OC高温条件下，对其输出光功率、阈值电流和光频梳性能进行了长达1800小时的连续跟踪测试。通过对输出光功率和阈值电流变化趋势的拟合分析，激光器在测试条件下的预期寿命超过38年；而光频梳数据显示，激光器在测试过程中保持了较高的光频梳根数和光谱稳定性，仅在部分条件下出现了25 GHz基频倍数的波长漂移现象。论文的第二个研究内容是：面向单片集成的硅基量子点光频梳激光器可靠性研究。论文设计并制备了硅基100 GHz模式间隔四阶碰撞脉冲锁模激光器，并研究了该激光器在室温(23 OC)下的可靠性。测试结果表明，激光器在室温下的预期寿命显著提升，平均失效时间超过200年。测试前后激光器的光频梳数量映射图展示出优秀的一致性。在24小时连续光谱采集测试中，该激光器的光频梳没有发生漂移。以上两个研究取得的创新性成果是：基于量子点材料的缺陷不敏感和耐高温特性，首次对GaAs基和硅基的量子点碰撞脉冲锁模激光器的可靠性进行了系统性研究。论文对量子点光频梳激光器在高温和常温下的失效机理进行了研究，通过量子点光频梳激光器的输出光功率和阈值电流变化情况对激光器的工作寿命进行了预估。利用可靠性测试过程中采集到的光频梳数据，论文不仅评估了光频梳的波长稳定性，并且对光频梳激光器的波长漂移问题给出了理论解释和实验验证。论文的第三个研究内容是：基于量子点增益材料和氮化硅外腔的可调激光器。通过混合集成的技术手段，利用量子点材料非均匀展宽特性和耐高温特性，将GaAs基量子点光放大器通过边缘耦合的方式与包含游标滤波器设计的氮化硅外腔芯片混合集成，实现了7.5 mW的输出功率、超过60 nm的波长调谐范围，50 dB的边模抑制比和窄于10 kHz的线宽。在100 OC，外腔激光器仍然就具备3 mW的输出光功率，25.66 nm的展宽，50 dB的边模抑制比和16 kHz的窄线宽。该研究的创新性成果是：展示了首个同时具备宽波长调谐范围、窄线宽以及耐高温特性的O通信波段外腔激光器，为光纤通信、光学测距等领域提供了可靠的混合集成光源解决方案。