提出了一种新型非反转归零(RZ)码的可重构全光逻辑门方案。该方案基于单个半导体光放大器(SOA)和可调谐光带通滤波器(TOBPF)。利用SOA的四波混频效应和交叉增益调别(XGM)效应，实现了RZ码信号的多种功能逻辑运算。在不改变实验装置的情况下，通过调节带通滤波器中心波长和信号光功率，可以在不同逻辑功能之间进行切换。实验实现了10 Gb/s全光信号间的“与”,“非”,“或非”,“同或”,“·B”,“A·B”等基本逻辑运算。与用连续光作为探测光不同的是，本方案采用了时钟信号作为探测光，这样各个逻辑门的输出均为非反转RZ码，有利于不同逻辑门的进一步组合。

提出了一种新型全光半减器组合逻辑方案。该方案基于两个半导体光放大器（SOA）和窄带光滤波器（NOBPF）。利用SOA的四波混频（FWM）和交叉增益调制（XGM）效应, 通过调整NOBPF的中心波长, 第一个SOA产生逻辑“·B”门, 提供半减器的“借位”, 同时该SOA产生“同或”逻辑; 第二个SOA产生“非”逻辑, 两个SOA级联后产生逻辑“异或”门, 提供半减器的“差”位。实验中, 实现了两路10 Gb/s伪随机归零（RZ）码信号间的全光半减逻辑运算。

帧内时钟提取是高速率的光分组交换中关键技术之一。帧时钟建立和消失的快慢决定了线路中的最小分组间隔, 从而影响了线路的分组速率。提出了一种利用半导体放大器(SOA)的自相位调制效应(SPM)导致的红移, 利用光学滤波器减小分组时钟消失时间的方法, 并最终完成了10 Gb/s的分组时钟的提取, 建立和消失时间分别为2个和6个码元周期。

利用强度调制的数据信号光作为一路抽运光,与另一路直流或者正弦强度调制抽运光组合可以在双抽运光纤光参变放大过程中实现全光多波长变换或者在全光多波长变换的同时实现码型转换。理论上,从信号增益的角度分析了波长转换与码型转换的原理。实验上演示了2.5 Gb/s的非归零(NRZ)码信号的全光多波长转换与到归零(RZ)码信号的转换。多波长转换实验表明:双抽运条件下的光参变过程可以实现多波长转换并得到正、反码的输出,还同时对信号有一定的再生作用。码型转换后信号的占空比为30％,消光比也得到提高。

提出了一种新型的、低成本的多速率归零(RZ)码全光帧时钟提取方案。采用低精细度的法布里珀罗滤波器(F-P)直接提取不同速率的帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用不同的偏振延时干涉仪(PDI)和低自由光谱区(FSR)的法布里珀罗滤波器构成组合滤波器以实现多速率帧时钟提取。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对组合滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声和时间抖动。实验中,利用光开关切换不同的偏振延时干涉仪构成不同自由光谱区的组合滤波器实现了10 GHz、20 GHz和40 GHz的帧时钟提取,得到了高质量、低时间抖动的多速率帧时钟信号。

理论上分析了通过整形滤波器方法实现正码波长变换的原理,并讨论了滤波器带宽及偏移方向对正码脉冲效果的影响,解释了目前实验报道中多采用蓝移滤波方案的技术根由。在实验上利用半导体光放大器(SOA)和通带滤波器完成了40 Gb/s的归零码波长变换实验,验证了理论分析的结构,证明了整形滤波器加半导体光放大器的方案可以实现正码的波长变换。这对于简化网络的设计,提高信号传输质量都有重要的意义。

提出了一种新型的10 GHz全光帧时钟提取的提取方案。采用低精细度的法布里珀罗(F-P)滤波器直接提出帧时钟,保证帧时钟的快速建立和快速消失。利用半导体光放大器(SOA)的自增益调制效应(SGM)对法布里珀罗滤波器提取的帧时钟进行整形,降低帧时钟的幅度噪声。并推导了法布里珀罗滤波器的精细度和半导体光放大器的自增益调制效应对帧时钟建立时间、消失时间的影响。通过理论分析表明,利用半导体光放大器的自增益调制效应可以降低帧时钟的幅度噪声并加快帧时钟建立速度。实验中,用上述方案对10.075 GHz的帧信号进行了全光帧时钟提取,得到了建立时间为8个信号周期,消失时间为22个信号周期,抖动为2.35 ps的帧时钟信号。

提出一种新型40 Gb/s全光3R再生器方案。采用高精细度法布里珀罗滤波器进行时钟提取。时钟提取前,通过高稳定光源对输入信号光波长变换实现信号光波长和法布里珀罗滤波器梳状窗口对准;时钟提取后,接半导体光放大器(SOA)进一步消除时钟信号噪声。全光判决中,采用双半导体光放大器串联增大非线性性能,提高了判决门的响应速度。判决输出接窄带滤波器去除脉冲啁啾拖尾,减小码型效应。实验中,恶化40 Gb/s光脉冲信号通过全光3R再生器可以得到再生脉冲。输入恶化信号时间抖动大于5 ps,脉冲宽度大于16 ps,再生得到的信号时间抖动小于1.5 ps。再生信号相对于输入信噪比改善14 dB。连续稳定工作记录大于15 h。通过实验验证,这种全光3R再生器方案成功地实现了40 Gb/s信号的再生。

为减少全光时钟提取中的码型效应,设计了混码器对注入数据脉冲进行预处理。理论分析表明,在时域上,混码器可以改变注入数据信号脉冲幅度的概率分布,减少零码；在频域上,混码器可以减少连续谱分量。实验证明混码器能使注入数据信号的脉冲幅度集中于最大值的二分之一处,并减少零码。理论计算和实验同时证明,使用路数更多的混码器,或将几个混码器级联使用,提取的时钟能得到更大的改善。实验中使用基于半导体光放大器(SOA)的注入锁模光纤激光器进行40 GHz全光时钟提取,由码型效应导致的时钟信号的幅度波动和定时抖动得到了明显的抑制,使用混码器后提取的时钟信号的定时抖动均方根(Jitter RMS)小于2.4 ps。