在高度信息化背景下，光通信正在不断地向前高速发展，这同时对光通信网络的传输功能性、动态灵活性都提出了更高的要求。随着光子集成技术的诞生与长足发展，光子集成器件方面也发生了日新月异的变化，以满足人们日益增加的多样化通信需求。其中，具有可调谐性的半导体光子集成器件在诸如波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）光通信网络和下一代动态光网络等应用中正在发挥着愈来愈重要的作用。　　然而，半导体材料对温度非常敏感，这导致可调谐半导体光子集成器件的工作性能以及实际应用效果都将在不同程度上受到器件中热效应的影响。本论文从半导体光子集成器件的生热机理出发，围绕可调控典型器件中的热效应展开分析与研究，涉及有集成了半导体光放大器（Semiconductor Optical Amplifier，SOA）的取样光栅-分布式布拉格反射器（Sampled Grating-Distributed Bragg Reflector，SG-DBR）激光器（SOA-SG-DBR）集成模块、多模干涉（Multimode Interference，MMI）型功分器等；根据实际应用情况提出具体器件的热管理和热设计的优化方案，从而根据实际需要对器件中的热效应进行有效地抑制或利用。具体工作内容如下：　　（1）研究了SOA-SG-DBR激光器集成模块中的电致热效应以及相关的建模问题。运用有限元方法（Finite Element Method，FEM）建立了SOA-SG-DBR激光器集成模块的热学模型。运用该模型对模块内部的温度分布、单元间的热串扰以及动态温度变化情况进行了模拟计算与分析；基于与温度相关的动态传输矩阵方法（Dynamic Transfer Matrix Method，DTMM）建立了SOA-SG-DBR激光器集成模块的光学模型，运用该模型对器件内的动态热效应对器件性能参数以及动态输出特性的影响进行了模拟计算与分析。　　（2）研究了抑制、补偿SG-DBR激光器及其相关集成模块中热效应的有效方法以及具体的实施方案。首先针对SOA-SG-DBR激光器集成模块中的输出波长热漂移现象，在课题组前期工作的基础上优化设计了一种波长补偿方案，并利用现场可编辑逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）加以了实现。其次，进一步将分析对象由SOA-SG-DBR激光器集成模块拓展至阵列，运用FEM建立了相应的热学模型，并借助该模型对阵列的温度场进行了模拟计算。根据计算所得温度分布结果，得到了不加温度控制器时的阵列中子模块间距所允许的最小值，从而为保证各相邻子模块间不受彼此热串扰的影响提供了优化设计方案与思路。最后，对集成了半导体热电致冷器（Thermoelectric Cooler，TEC）的SOA-SG-DBR激光器阵列模块进行了研究，完善了其热学模型，并借助该模型模拟计算了TEC的功耗随环境温度变化的情况，且进一步对模块基底材料以及TEC层级进行了优选。　　（3）研究了热调谐SG-DBR激光器的热致波长调谐机理、相关建模以及优化热设计的问题。基于FEM建立了热调谐SG-DBR激光器的热学模型，包括热传导温度模型以及热弹性力学模型。首先运用热传导温度模型模拟计算了采用热绝缘结构（空气隙）设计的激光器内部的温度分布，并从器件设计以及热调功耗的角度讨论了热调谐SG-DBR激光器的热调谐效率问题。其次，运用热弹性力学模型，模拟计算了不同空气隙尺寸对激光器热应力场的影响，分析了热应力与热形变对器件的可靠性所造成的影响。进一步，结合温度场与应力场分析结果，优化了空气隙的尺寸，有效提高了热调谐效率。最后，基于与温度相关的静态传输矩阵方法（Transfer Matrix Method，TMM）建立了热调谐SG-DBR激光器的静态光学模型，运用该模型模拟计算了优化后的热调谐SG-DBR激光器的静态输出波长和线宽等输出特性，其模拟结果与相关实验结果相一致，进一步佐证了该优化设计的有效性。　　（4）研究了基于热调MMI的可重构光功分器的优化设计问题。基于光束传输法（Beam Propagation Method，BPM）建立了热调MMI功分器的光学模型。利用该模型并结合传统矩阵方法，计算并讨论了要实现可重构功能时所需的折射率变化和相移量。基于FEM建立了热调MMI功分器的热学模型。利用该模型计算了加热功率不同时MMI功分器内的温度分布。为进一步提高热调效率，在MMI多模波导的特殊位置设计了热绝缘结构。通过对比各热调区域的温度分布情况，详细研究了热绝缘结构的尺寸对MMI功分器中热串扰的影响。最后运用热调MMI功分器的热-光耦合模型，平衡热调效率和光输出特性两者间的矛盾，对MMI功分器中热绝缘结构的尺寸做出了优化。