围绕空间激光通信网络中高速数据多跳传输应用需求，针对相位调制激光链路经过空间长距离传输后信号质量劣化的问题，研究了基于相位敏感四波混频参量效应实现二进制相位调制高速激光信号的全光相位再生技术。利用Matlab软件数值分析了全光相位再生系统的影响因素，并基于OptiSystem仿真平台搭建了全光相位再生系统。结合高轨-地面站空间激光通信系统链路预算，对速率为10 Gbit/s的DPSK信号光经背靠背、相位噪声劣化以及劣化后全光相位再生处理三种传输场景进了对比分析。模拟仿真结果与数值分析结果均表明，与劣化后未经再生处理的系统相比，全光相位再生处理后的系统误码率平均优化4个数量级，信噪比提升约3 dB，表明该空间激光通信全光相位再生技术可实现相位调制信号的全光相位再生，能够有效提升空间相干激光通信系统的性能，可以应用于空间高速激光通信网络中继节点处的全光数据中继等方向。

雾是影响自由空间光通信性能的不可避免的天气因素, 选择合适的激光波长可以有效的降低其影响。文中针对薄雾、雾、霾三种大气能见度, 在不同传播距离条件下, 计算分析了均处于大气吸收窗口的中红外波长3.8 ?滋m和近红外波长1.55 ?滋m的传输特性。利用Monte Carlo方法对大量光子沿水平方向的传播特性进行数值模拟, 俄罗斯轮盘赌法判定光子是否“湮灭”。计算不同接收面半径和相对光强的关系, 不同大气能见度和不同传输距离下光子的透过率。结果表明3.8 ?滋m波长相对于1.55 ?滋m波长, 在同样的接收面半径下光强更集中, 同样的传播距离下光子透过率更高, 更不易受大气能见度的影响, 所以3.8 ?滋m波长比1.55 ?滋m更适合在雾中进行水平链路的自由空间光通信。

为了解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门的三个问题, 即严格的同步要求；不能应用于输入信号为非归零码信号的情况；异或处理速率受半导体光放大器载流子速率限制.提出了一种应用于输入为开关调制信号, 利用太赫兹光解复用器结构, 基于半导体光放大器四波混频效应的全光异或门方案.该方案由于基于四波混频效应, 因此能从根本上解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门方案所存在的三个问题.通过理论分析介绍了该方案的原理, 并通过仿真分别实现了该方案对输入为40 Gbps, 归零码信号；80 Gbps, 归零码信号；10 Gbps, 非归零码信号的异或操作.三种输入信号对应的异或输出Q因子与误码率分别为11.7, 2.4×10-18；8, 1.1×10-10；22, 1.3×10-40.分析了太赫兹光解复用器主要组成元件参数, 以及温度起伏与色散效应对异或们输出信号质量的影响.理论分析与仿真共同验证了该方案对于解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门三种问题的可行性与有效性.

由于目前的全光加密方案基于光学非线性效应，因此仅适用于单波长光信号的加密操作.为了解决全光加密方案无法对多波长信号同时进行加密的问题，提出了一种多波长信号异或加密系统方案.该方案基于铌酸锂光波导泡克耳斯效应，利用外加电场对铌酸锂光波导中光信号产生调制相移，并通过多波长相干光明文与光密钥的干涉实现异或加密.由于相邻波长光信号在相同外加电场作用下的调制相移差别很小，因此该方案能够实现较高输入信号波长范围的多波长信号全光加密操作.利用该方案仿真实现了对8×10 Gbps，波长间隔为0.8 nm，码形为上升沿与下降沿均为10 ps的非归零码信号的异或加密操作，输出各波长加密信号误码率小于4.30×10－86，Q因子大于21.51；理论分析与仿真得出了该多波长全光加密方案能够完成输入信号波长范围高达400 nm的异或加密操作；并得出该加密方案在输入信号波长小于78 nm时，加密操作能够改善输入信号消光比.理论分析与仿真结果共同验证了该方案对于多波长光信号进行异或加密的可行性与有效性.

提出一种能够同时应用于强度调制与相位调制信号的全光异或(XOR)逻辑门方案，利用π相移后两束光信号的直接干涉来实现异或逻辑操作。通过仿真验证了该方案对输入为强度调制与相位调制信号的异或操作的可行性与有效性。在输入为10 Gb/s强度调制信号，两输入信号占空比小于0.4，峰值功率相同时，异或输出Q因子为103；当输入为10 Gb/s，调制深度为π的相位调制信号时，异或输出Q因子为272。