在考虑马赫曾德尔调制器(MZM)的消光比、双臂驱动不平衡度等非理想特性参量对其进行细致的理论建模的基础上, 建立了包括光源、双臂驱动马赫曾德尔调制器、光传输模块、光电探测器的基本光微波链路模型,并得到双边带调制(DSB)和单边带调制(SSB)链路的全阶解析响应结果, 着重分析不同调制方式下马赫曾德尔调制器对光微波链路幅度和相位(延时)性能的影响。理论计算和数值仿真结果表明, 对双边带调制链路, 消光比和双臂驱动不平衡度影响链路的幅频特性而不影响相位特性, 对单边带调制链路, 二者同时影响链路的幅频和相频特性。理论模型和数值结果可为使用马赫曾德尔调制器的光微波系统如光纤无线电(RoF)和光控微波波束形成网络等提供定性和定量性能分析的基础。

提出一种新型的基于宽谱光源和色散器件结合的光控波束形成网络(OCBFN)方案,与利用独立激光器的方案进行了比较,给出了该方案的工作原理和延时链路理论分析,并通过实验验证了该方案实现光控延时的可行性。实验中利用掺铒光纤放大器(EDFA)作为宽谱光源,10 km单模光纤(SMF)作为色散器件实现光路延时,可调谐光滤波器选择光路的工作波长,利用矢量网络分析仪产生微波信号并测量信号延时特性,在9.25～10.25 GHz微波频段中,实验测得的系统延时范围、延时精度及真延时特性(延时大小与微波信号频率无关)验证了基于宽谱光源的可调谐光控微波延时方案的可行性。

设计并研制出了一种可灵活重构的多波长OADM,建立了OADM级联光信噪比的理论计算模型并进行了分析计算,给出了OADM的内部功率预算.最后对OADM设备进行了测试,所有性能指标都达到设计要求,目前已经通过工程验收,并正式在"中国高速信息示范网(CAINOnet)"中运行.

根据国际电信联盟(ITU-T)建议G.873定义的光传送网(OTN)中光路的假设参考模型(HRM),提出了光路经过多个光节点和光纤传输段后噪声积累的数学模型,推导了解析计算公式,并且按照节点隔离原理推导了计算噪声积累的简化公式以及工程等效模型。分析了光节点中增益(损耗)分配对噪声功率的影响,得出了光节点的优化设计原则。提出的光路噪声模型可以为光网络中光节点和光纤传输段的设计提供参考。

对基于半导体光放大器中交叉增益调制效应的波长转换后信号的啁啾特性进行了分析.研究了输入信号光和参考光的功率、波长、转换速率、信号光消光比以及半导体光放大器的偏置电流对转换后信号啁啾的影响.

增益调制型波长转换中,为得到转换后信号最大的消光比(ER),信号光波长应该比半导体光放大器(SOA)的小信号增益峰值波长长.采用分段模型,考虑了SOA中增益谱的不对称性以及增益峰值波长随载流子密度的漂移,深入研究了信号光功率,ER,参考光功率,波长以及SOA注入电流对选择信号光波长λpk,s以及消光比改善量的影响.模拟计算表明,信号光功率每增加3 dB,λpk,s就需向长波长移动约7 nm.信号光ER增加、参考光功率增加以及SOA注入电流的增加,λpk,s需向短波长移动.消光比改善量随信号光功率和电流的增加而显著增加,随信号ER的增加而降低,但是参考光功率和波长变化时影响不大.

提出并分析了一体化光分插复用/光交叉连接(OADM/OXC)的降低串扰节点结构.在波分复用(WDM)光传送网络中,一体化节点可以同时完成对光通道的上下路与交叉连接功能.与传统结构节点相比,该结构中使用一组1×2和2×1光开关与小规模的光交叉连接阵列实现光通道的上下路与交叉连接.仿真结果证明,该结构中由于同频串扰造成的功率代价显著下降.

从理论与实验两方面分析了光网络节点设备光信噪比(OSNR)恶化量的测量.导出了单节点设备输出、输入侧光信噪比之差的公式.理论分析表明:节点设备输出、输入侧光信噪比之差值在一般测试条件下不能反映节点设备对光信号的影响,不能作为节点设备光信噪比的恶化量来衡量设备对光信号的影响;为使测量结果能反映光节点参数对光信号的综合影响,测试系统应当满足文中给出的增益条件C=1.实验结果支持了理论分析.实验结果表明,对于C=1时光信噪比恶化量为4.5 dB的光节点设备,当C从3变化到0.16时,其输入、输出侧光信噪比之差从1.8 dB变化到11.3 dB.

导出了光信噪比与光节点数量,掺铒光纤放大器(EDFA)噪声系数,增益的关系公式,并分析了光节点数目与EDFA特性参数的关系.分析表明,当光节点中EDFAs设置成输入EDFA补偿节点损耗,输出EDFA补偿光纤损耗的工作方式时,要保持光信号的信噪比不低于20dB,则光节点数目最多为19左右,改善EDFA的噪声系数对提高光节点数目的作用不大;如降低光节点内部损耗,优化两个EDFA的增益,可以最大程度地提高网络节点规模,网络节点数最大可达56.

建立了一个包括半导体激光器超短光脉冲产生、法布里-珀罗光谱窗消啁啾、在有损光纤及集总光纤放大器组成的链路中进行非线性传输的整体简化理论模型，并利用这一模型进行了数值模拟计算和分析。结果表明，此模型能较真实地反映入射光纤的光脉冲的时域及频域特性，模拟计算所得的结果与实验结果符合得较好。同时还证明了利用法布里-珀罗光谱窗消啁啾后的准孤子脉冲可以用于光孤子传输。