1、光纖技術(shù)以損耗低、重量輕、體積小、帶寬大和抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)成為骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)的重要傳輸方案。隨著人們對(duì)信息傳輸速率和帶寬需求的日益增加，400-Gbit/s乃至1-Tbit/s高速光通信技術(shù)也日顯重要。另一方面隨著傳輸速率和容量的提升，光信號(hào)更容易受到各種失真的影響，如色散和非線性等，因此，信號(hào)調(diào)控和高速傳輸技術(shù)成為下一代光通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。其中信號(hào)調(diào)控技術(shù)包括信號(hào)產(chǎn)生、處理、濾波和失真補(bǔ)償?shù)?，高速傳輸技術(shù)則包括波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、偏振復(fù)

2、用等。本論文圍繞光信號(hào)的非線性調(diào)控和高速傳輸技術(shù)展開研究，重點(diǎn)探索基于非線性的超快全光信號(hào)處理方案、微波光子信號(hào)失真補(bǔ)償方案和多偏振態(tài)復(fù)用高速傳輸方案，為增強(qiáng)下一代光傳輸網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性、提高系統(tǒng)容量和性能提供潛在的技術(shù)手段。
　　本論文從理論分析與實(shí)驗(yàn)研究入手，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:首先通過分析光纖中線性和非線性相關(guān)效應(yīng)的機(jī)理，得到了一個(gè)較為完整的微波光子鏈路頻率響應(yīng)特性表達(dá)式;其次基于光纖非線性效應(yīng)提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三種全光信

3、號(hào)處理方案，包括相位敏感放大、波長(zhǎng)組播和光信噪比監(jiān)控技術(shù);接著圍繞微波光子信號(hào)調(diào)控重點(diǎn)研究了色散補(bǔ)償和非線性失真補(bǔ)償技術(shù);最后探索了不同系統(tǒng)中的多偏振態(tài)復(fù)用高速傳輸方案。具體相關(guān)工作的詳細(xì)描述如下:
　　(1)基于耦合模方程和小信號(hào)分析，得到一個(gè)解釋微波光子信號(hào)傳輸系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的簡(jiǎn)化表達(dá)式。該表達(dá)式涵蓋了色度色散、偏振模色散和光纖非線性效應(yīng)，減少了模擬信號(hào)傳輸仿真的計(jì)算量。同時(shí)，通過對(duì)噪聲指數(shù)和無雜散動(dòng)態(tài)范圍的研究，探索了非線

4、性色散鏈路中的信號(hào)傳輸理論極限，表明信號(hào)質(zhì)量隨著傳輸頻率的變化呈現(xiàn)不一致性。
　　(2)基于光纖非線性效應(yīng)，構(gòu)建了相位敏感放大、波長(zhǎng)組播和光信噪比監(jiān)控三種網(wǎng)絡(luò)功能子單元，為解決當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的帶寬限制和信號(hào)處理實(shí)時(shí)性問題提供新方法。內(nèi)容包括:1）仿真研究了基于非簡(jiǎn)并四波混頻的相位敏感放大器，實(shí)現(xiàn)了BPSK和QPSK信號(hào)的相位再生;2）實(shí)驗(yàn)研究了基于級(jí)聯(lián)四波混頻的波長(zhǎng)組播，實(shí)現(xiàn)了1到9的DPSK信號(hào)無誤碼組播;3）實(shí)驗(yàn)研究了基于高

5、階四波混頻的光信噪比監(jiān)控，利用高階四波混頻分量的功率變化特點(diǎn)來表征光信噪比，在偏振復(fù)用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)光信噪比的同時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控范圍大于10-dB。
　　(3)針對(duì)微波光子信號(hào)調(diào)控，提出了多種色散和非線性失真補(bǔ)償方案，提高了微波光子系統(tǒng)無雜散動(dòng)態(tài)范圍(Spuring Free Dynamic Range: SFDR)。具體內(nèi)容包括:1)基于預(yù)失真技術(shù)的單頻色散補(bǔ)償方案，通過簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)輸入馬赫增德爾調(diào)制器的RF信號(hào)相位差和偏置電壓既

6、可實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償;2）基于偏振效應(yīng)的單頻色散補(bǔ)償方案，通過調(diào)節(jié)輸入相位調(diào)制器的信號(hào)偏振態(tài)，當(dāng)達(dá)到某一特定值時(shí)色散效應(yīng)得到補(bǔ)償。該方案避免了調(diào)制器偏置電壓漂移問題，鏈路動(dòng)態(tài)范圍提高了12-dB;3）基于偏振分集結(jié)構(gòu)的寬帶色散補(bǔ)償方案，通過構(gòu)造兩個(gè)傳輸特性互補(bǔ)的鏈路，實(shí)現(xiàn)了寬頻譜和多頻率的色散同時(shí)補(bǔ)償，鏈路動(dòng)態(tài)范圍可提高12-dB，信號(hào)誤差向量幅度降至5％;4）基于DSP的非線性補(bǔ)償技術(shù)，僅需要信號(hào)頻率和帶寬信息就可以通過模擬信號(hào)反向傳輸過程

7、實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的非線性失真補(bǔ)償，鏈路動(dòng)態(tài)范圍可提高到126-dB·Hz4/5;5）基于偏振效應(yīng)的非線性補(bǔ)償方案，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入相位調(diào)制器的偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)了非線性失真和色散的同時(shí)補(bǔ)償，傳輸40-km后動(dòng)態(tài)范圍仍可達(dá)到110-dB·Hz4/5。
　　(4)基于相干接收技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，提出了三種新型多偏振態(tài)復(fù)用信號(hào)高速傳輸方案，為進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的頻譜效率提供新思路。具體內(nèi)容包括:1）探索了傳輸四偏振態(tài)強(qiáng)度調(diào)制信號(hào)的可行性，討論了偏振模

8、色散對(duì)四偏振態(tài)系統(tǒng)的影響，仿真實(shí)現(xiàn)了40Gbit/s四偏振態(tài)OOK信號(hào)80-km傳輸，為短距離光接入網(wǎng)提供了新的組網(wǎng)方案;2）探討了四偏振態(tài)光載無線信號(hào)(4PM-RoF)復(fù)用和解調(diào)方案，仿真實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中60-km傳輸，提高了微波光子信號(hào)傳輸系統(tǒng)的頻譜效率;3）探索并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了四偏振態(tài)差分二進(jìn)制相位調(diào)制信號(hào)(4PM-DPSK)的傳輸可行性，實(shí)現(xiàn)了速率為100-Gbit/s的4PM-DPSK信號(hào)150-km傳輸，為提高長(zhǎng)距離骨干網(wǎng)傳