为了顺应自由空间光通信多调制格式兼容的趋势，改善系统灵活性差、成本较高等问题，提出一种基于双IQ调制器的多调制格式兼容的激光通信发射方案。首先，基于Optisystem软件建立系统模型仿真分析，所得眼图和星座图验证了所提方案的正确性；然后，研制了多调制格式兼容发射硬件，并实验研究了调制格式的兼容性、可切换性和通信性能。实验结果表明：所设计硬件兼容发射OOK、BPSK、DPSK、QPSK、PM-DQPSK 5种调制格式；速率分档可调，最高可达40 Gbit/s；当发射端产生40 Gbit/s PM-DQPSK调制格式信号时，在离线接收条件下，误码率为10^－7时的灵敏度达到－39.8 dBm。通信调制仿真及实验结果验证了所设计方案的可行性，所得到结果也为空间激光通信系统设计提供了技术参考。

根据水下可见光通信长距离传输的需求，对水下光通信信道进行建模仿真，并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行开关键控(OOK)调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波(FIR)、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能，并在不同水质环境中进行水下光通信实验，对整体通信系统进行误码率分析，验证系统性能。实验结果表明，在满足误码率等于10^－6条件下，接收机灵敏度可以达到－38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10^－6条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m，Ⅱ类水质中传输距离10 m，Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。

为研究混频器中信号光分光比对相干零差接收机性能的影响,建模分析了90°空间光混频器的信号光分光比对接收机锁相性能和通信性能的影响。数值模拟结果表明,信号光Q路分光比k<0.5时,可提高通信性能,增加探测灵敏度;k=0.5时,环路锁相时间最短,锁频范围最大;k>0.5时,分光比存在最优值使锁相残余相位误差最小。根据分析结果设计了一种基于旋转半波片的分光比自适应调整系统,利用软件仿真研究了系统在不同分光比时的通信和锁相性能。结果表明,激光波长为1550 nm,线宽为5 kHz,通信速率为10 Gbit/s时,通过旋转半波片使Q路的分光比在0.1~0.6之间自适应调整,就能改变系统的锁相性能和探测灵敏度。当k=0.1时,探测灵敏度提高了2.56 dB;当k=0.5时,锁相支路可实现的频差锁定范围为133 MHz;当k=0.6时,锁相残余相位误差最小。仿真结果验证了该系统的可行性,同时为自适应调整分光比的90°混频器实用化提供了参考。

为明确光载波无线传输系统中, 复合传输相比单独传输的优越性, 实验对比了单独传能、单独通信、复合传输三种结构在传输距离为0.1 m、接收的光功率估值为3.5 mW、光通信速率为1 kbps时的输出特性.结果表明, 单独传能系统在与电感串联的负载为4 kΩ时, 电池板输出最大功率为1.82 mW, 复合传输系统在与电感串联的负载为5 kΩ时, 电池板输出最大功率为2.1 mW, 比单独 传能系统高出15%; 与电容串联的负载较低时复合传输系统输出信号波形发生畸变, 优化负载后波形得以改善, 相同条件下幅值比单独通信系统高出1.52 V.

设计实验实现了基于级联调制器抽运源的1.7 μm波段宽带光源。采用连续光源和级联调制器组合的方式,在反常色散区域抽运1 km的高非线性色散位移光纤,产生了超连续谱。经过光纤波分复用器的滤波后,得到了峰值波长为1748.9 nm、输出功率约为22 dBm、20 dB光谱范围为1.6 ~2 μm、相应的谱宽约为419 nm的宽带光源。通过增加Sagnac滤波器,得到了频率周期为2.5 nm、强度周期为9.5 dB的多波长宽带光源。此外,分析了抽运功率、波长及重复频率对超连续谱展宽的影响。

为降低海洋湍流对水下光通信系统链路性能的影响, 将光孤子脉冲应用于水下通信。假定水下通信系统采用开关键控调制, 信道采用描述海洋弱湍流的Lognormal模型, 推导出了海洋闪烁系数的具体表达式和含形状因子和闪烁系数的通信误码率表达式,仿真分析了不同湍流强度、海洋湍流参数下光孤子、矩形、高斯脉冲光束的通信误码率, 最后从脉冲时域角度对比研究三种脉冲光束。结果表明：随着湍流强度的变化, 信噪比为5 dB时, 光孤子脉冲的误码率比高斯型和矩形脉冲的误码率低至少3个数量级。接收孔径和温度与盐度波动对海洋光学湍流贡献的比值是对水下通信误码率影响较灵敏的因素；随着海洋湍流影响因素的变化, 光孤子脉冲抵抗外界环境的能力强于其他脉冲, 其误码率始终小于高斯和矩形误码率。光孤子时域展宽比高斯、矩形展宽小, 但随着距离的增加, 三种脉冲展宽趋于一致。仿真结果验证了光孤子脉冲用于水下通信的优势, 可为下一步研究提供理论参考。

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.

基于被动锁模掺镱光纤激光器集总模型，仿真研究了掺杂光纤的有限增益带宽对激光器输出特性的影响。仿真结果表明，被动锁模掺镱光纤激光器的输出脉冲宽度和激光器运行状态都受到增益带宽的影响。激光器输出脉冲宽度随增益带宽的增大而增大；通过线性调控腔内净色散的大小，发现在较大增益带宽情况下，较小的色散值就可以使激光器工作在自相似状态，即激光器工作在自相似状态时所需的腔内净色散条件范围更大。另外，对不同增益带宽下的激光器输出脉冲对之间的相互作用情况进行了仿真。仿真结果表明，非线性相移在抛物线形脉冲间的作用中起着关键的作用，而非线性相移受增益带宽的影响，因此较大的增益带宽下脉冲之间的相互作用力更强。

基于非线性薛定谔方程对光纤中抛物线形脉冲对的传输过程进行了数值仿真，并利用分步傅里叶法对方程进行求解，研究了抛物线形脉冲对在单模光纤和色散管理光纤中的传输特性。仿真结果表明，抛物线形脉冲对在光纤中传输时几乎没有相互作用，主要面临的问题是维持其抛物线形和减小脉冲展宽带来的脉冲间的干涉。抛物线形脉冲在传输时的演化受到光纤色散的影响，在正常色散光纤和平均色散为正的色散管理光纤中传输时才能维持其抛物线形，但在正常色散光纤中脉冲展宽速度较快，而在平均色散为正的色散管理光纤中可以很好地抑制脉冲展宽的速度。这个结果对远程无中继光纤通信有很大的帮助。