为了研究横向分布为平顶高斯模式的宽带激光通过硬边光阑系统的光强分布特性，采用衍射积分公式推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在光阑系统中的传输公式，再通过傅里叶变换得到时间域的传输公式，详细分析了光阑和频带宽度对强度分布的影响。结果表明，近场光强在截断参量较大时，仍保持一定的平顶分布特性，但是随带宽的增加强度分布变窄；截断参量较小时强度呈高斯分布，并且带宽的变化对强度分布没有太大影响；然而在远场时截断参量较小情况下的光强分布也明显表现出随带宽增加而变窄的现象，但随着截断参量增大，这一变化趋势变缓。这些结果对平顶高斯模式宽带激光的应用具有重要参考价值。

研究了横向分布为平顶高斯模式的宽带激光在自由空间的传输特性，分析了频带宽度对其强度分布的影响。首先推导了平顶高斯模式宽带激光的每一频率分量在自由空间的传输公式，然后将频率域的传输公式通过傅里叶变换得到时间域的传输公式。基于推导的公式通过数值算例给出了不同频带宽度激光光束的强度分布结果，详细分析了空间模式的变化和时空耦合现象。研究结果表明：随着传输距离增大，平顶高斯空间模式趋于高斯分布。同时随着带宽增大，平顶高斯模式宽带激光表现出更强的时空耦合现象，并导致其空间横向分布发生明显变化。变化的主要特征为波前的强度分布随带宽增大而变窄，波后的强度分布则随带宽增大而远离轴中心向外扩展。

为了建立一个基于888nm半导体抽运的高平均功率和高效率皮秒激光振荡器的理论模型，采用模拟计算方法和谐振腔理论、ABCD定律、自洽条件以及连续被动锁模条件，利用激光晶体Nd∶YVO4对波长888nm半导体抽运源的吸收特性和元件的相关参量、合适的腔模参量、实现稳定锁模的参量进行了理论分析和计算，并通过以上研究和模拟计算得到了皮秒振荡器模型的相关数据。结果表明，在120W的抽运功率下，激光器可以输出约61.5W的皮秒激光，光光转换效率51.3％。这一理论模型的建立对高平均功率和高效率皮秒激光振荡器的实验研究起着指导作用。

为了研究模拟光信号在半导体光放大器中的交叉相位调制特性，以正弦波和三角波两种模拟光信号为例，采用数值计算的方法，详细分析了交叉相位调制过程中模拟信号的增益、非线性相移差和啁啾。结果表明，当信号光和控制光之间采用帧同步方式时，信号光脉冲各点的增益及增益差出现波动，非线性相移差将围绕理想值π出现不同程度的偏离；采用比特同步方式可使信号光脉冲各点非线性相移差均衡，此时所需的控制光脉冲和信号光脉冲波形类似。

以半导体光放大器为非线性元件的双环耦合全光缓存器(DLOB)为基础,实现了速率为2.5 Gb/s双波长数据的并行缓存。不同波长光信号合成后的功率随机波动,导致由半导体光放大器交叉相位调制产生的相位差随机波动。在考虑吸收损耗的情况下,对常用的半导体光放大器增益特性曲线进行了修正并与实测值拟合,得到了更为准确的增益特性曲线。在此基础上进行了理论分析,提出了通过调节控制光功率到最佳点以便减小相位差波动的方法。

分析了基于半导体光放大器(SOA)的干涉仪分别处于“开”、“关”两种工作状态时的输出信噪比及噪声指数，发现当干涉仪处于“开”态时输出信噪比有所恶化，并导出了附加噪声因子的表达式。实验结果进一步证明了理论分析的正确性。

全光缓存器能够在光域内对数据包进行缓存,解决数据包在节点的冲突。提出了一种新型可擦写的全光缓存器,该缓存器以半导体光放大器(SOA)为非线性相移器件,利用信号光和控制光在半导体光放大器中的交叉相位调制实现信号在光域内的 “写入”和“读出”。在注入信号峰值功率相同的条件下,双半导体光放大器结构的采用还可以对信号光实现功率补偿,比利用单个半导体光放大器进行“写入/读出”控制延长了缓存时间,并能有效克服在数据包”写入”缓存器时造成的输出端口处信号光的泄漏。该缓存器顺利实现了2.5 Gb/s数据包的多圈缓存。

提出了一种新型的基于3×3平行排列耦合器的全光光开关。此种光开关具有两个独立的输出端口且具有极好的偏振稳定性，消光比可达20dB。介绍了其工作原理，详细分析了信号光强度、控制光强度、光纤长度及耦合器分光比偏差等因素对各端口消光比的影响。比较了不同种类和长度光纤环的开关性能，首次得到了耦合器分光比偏差对消光比的影响曲线。

全光缓存器能够在光域内对数据包进行存储而不需经过光电光的变换,成为全光网的重要组成部分,其性能的优劣将直接影响到网络的丢包率等。但在半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制效应并存,导致基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中缓存后输出的数据包与未缓存数据包的输出功率间存在不均衡,使得网络误码率增加。在详细分析全光缓存器工作原理的基础上,利用半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制并存的现象,巧妙地提出了将控制脉冲反相并配合电可调衰减器的新方法。该方法简单易行,有效解决了此类全光缓存器中数据包输出功率不均衡的难题,缓存器性能得到了极大改善。此方法适用于所有基于半导体光放大器的环路型全光缓存器。