为实现马赫-曾德尔调制器(MZM)任意偏置工作点的稳定控制, 提出了一种基于平均光功率斜率值和余切值的复合控制算法, 实现了利用FPGA技术的工作点稳定控制.首先分析了MZM偏置点稳定控制的必要性, 然后研究了控制算法的理论基础, 并在Matlab平台上进行了数学仿真验证, 最后搭建了MZM偏置工作点稳定控制系统.当激光器的输出光功率为5 dBm, MZM半波电压为4.2 V, 插入损耗3 dB, 输入脉冲为方波信号, 1 Gbps和1Mbps通信速率下, 1小时内MZM输出光信号的平均功率波动小于±5%.实验结果表明, 该方案实现了MZM任意偏置工作点的稳定控制, 有效的提高了MZM在光通信中的可靠性.

半导体宽谱激光在传感、光谱学等领域有着重要的应用.传统半导体宽谱激光器主要采用宽增益材料和全反射波导, 采用简单量子阱结构制备宽谱激光器一直是个难题.作者首次证明了一种基于布拉格反射波导一维光子晶体的新型量子阱宽谱激光器, 其结构主要包括InGaAs/GaAs量子阱和上下布拉格反射镜, 通过偏离解理实现激光输出.研究发现在偏离角7°时, 器件展现宽谱超辐射发光二极管特性, 4.4°偏离角时实现了宽光谱激光输出, 光谱宽度达到33.7 nm, 连续输出功率36 mW.本研究为探索新型量子阱宽谱激光器提出了一种新的技术途径.

分析和研究大气湍流和瞄准误差综合效应下，空间分集接收技术对差分相移键控(DPSK)光通信性能的改善。在不同湍流情况下，讨论采用多入多出(MIMO)和单入多出(SIMO)空间分集技术的系统性能；并将3种分集合并技术对系统误码率(BER)和中断概率的影响进行分析；采用广义超几何方法推导出自由空间光通信(FSO)系统误码率闭合表达式。由分析和实验结果可知：空间分集技术可以提高系统误码率并降低中断概率，有效地改善大气湍流引起的信道衰落；当分集数增大时，系统性能改变越明显。对比3种分集技术，最大比合并接收分集技术最为优越。

详细研究了Gamma-Gamma 湍流信道大气闪烁、信道衰落及瞄准误差对差分相移键控(DPSK)相干光通信系统误码性能、信道容量和中断概率等指标的影响。自由空间光通信(FSO)系统采用基于马赫-曾德尔调制器(MZM)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的DPSK 调制/解调结构，通过广义超几何方法分析推导出有关平均误码率、平均信道容量和中断概率的闭合表达式并简化分析。在Matlab 平台下进行模拟仿真，实验结果表明，系统的平均误码率和平均信道容量随湍流程度的增强而减弱；信道容量的提升可以通过增加带宽或减小抖动方差实现；当瞄准误差过大时导致中断概率增大，严重影响系统的通信性能。

将激光器和脉冲位置调制(PPM)技术作为一个整体分析研究，提出了基于光纤激光器的PPM 特性方面的概念。对脉冲调Q 光纤激光器单脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度进行了理论研究，通过仿真得出了脉冲调Q 光纤激光器峰值功率与激光器震荡参数之间的特性曲线，再结合3 种PPM 信号模型分析了光纤激光器的震荡参数N 与3 种PPM 方式的传输速率、所需功率以及所需带宽之间的关系。并通过实验仿真，得出了光纤激光器的抽运功率、初始通过率和腔长对3种PPM 方式的传输速率以及所需带宽的影响。

介绍了相干DPSK(差分相移键控)的调制和解调原理, 并对零差解调、外差解调和MZI(马赫-曾德干涉)解调三种相干解调方式进行了理论分析。利用Matlab和Optisystem仿真软件构建了基于DPSK调制的FSO(自由空间光通信)系统, 得到不同条件下系统误码性能; 对三种解调方式进行了仿真, 仿真结果表明, 零差相干解调方式具有更好的误码性能, 更适合FSO。

为了改善通信的带宽效率、功率需求, 以及信道中信号传输的抗干扰性能, 对应用于无线激光通信系统中的DPIM(数字脉冲间隔调制)方式进行了研究。通过仿真分析, 比较了OOK(开关键控)、PPM(脉冲位置调制)、DPPM(差分脉冲位置调制)以及DPIM方式的功率、带宽、单位传信率和差错性能。根据DPIM的理论分析, 设计了一种以FPGA(现场可编程门阵列)为核心的DPIM系统。结果表明, 该调制系统性能稳定, 可以达到较高的调制速率。

脉冲式光纤激光器受到其重复频率的限制，导致其数据传输速率较低，严重影响了其在通信领域的应用。为了改善其性能并使其能更好地应用到通信领域，针对脉冲式光纤激光器的这种缺点，通过三种脉冲位置调制(PPM)调制方式对其进行调制并对其性能的影响进行了实验研究。通过改变三种PPM调制的调制位数脉冲时隙宽度对脉冲式光纤激光器的调制速率的影响以及三种PPM调制方式对脉冲式光纤激光器的输出功率误码率的影响进行了仿真研究。分析结果表明，单脉冲位置调制(L-PPM)调制方式最适合脉冲式光纤激光器，可以将重复频率为200 kHz的脉冲式光纤激光器的调制速率提高到1.387 Mbit/s，该结果有利于脉冲式光纤激光器在通信中的应用。

高功率、超远距离的光通信需要选择合适的调制解调方式, 调制方式的选择是由系统的信道特性来决定的。PPM(Pulse Position Modulation)调制由于其功率利用率较高、传输效率高和抗干扰能力强等优点在光通信系统中被广泛应用。介绍了PPM的三种调制形式, 并且对PPM调制系统的组成进行了研究, 着重分析了PPM的调制性能, 包括信号功率谱密度、信号的传输效率及误码率, 证明PPM调制在保证一定的速率和传输功率尽可能小的要求下, 是空间激光通信系统的最佳选择。

随着通信技术的不断发展和世界各国对空间领域的高度重视，空间光通信技术已经成为全世界的研究热点之一。目前地面光通信的发展十分迅速，放大技术中的各种难点都已经取得重大突破，特别是基于光纤放大器的技术应用已十分广泛，技术也十分成熟。由于光纤类器件对空间的辐射环境十分敏感，要想采用地面已非常成熟的外调制技术，就必须考虑外调制技术中的核心器件掺铒光纤放大器(EDFA)在空间环境中应用的可行性并分析相应的抗辐射技术。首先分析了空间的辐射环境，并对其对EDFA性能的影响进行了理论分析，提出了采用包括退色心抗辐射技术、预辐射和载氢抗辐射技术和光纤制作工艺的抗辐射技术在内的办法来有效提高EDFA系统空间抗辐射的性能，为EDFA在空间光通信领域的应用提供了理论基础。实验研究表明，采用上述抗辐射方法，理论上可以给1550 nm的掺铒光纤(EDF)大约减少0.8 dB/km的辐射衰减量。