提出了一种基于信号光谱和多任务深度神经网络（MT-DNN）的多信道并行光性能监测（OPM）方案，采集多信道光谱图进行预处理来设计幅度直方图（Ahs），可实现波分复用（WDM）系统多信道调制格式识别（MFI）和光信噪比（OSNR）监测。在建立的3信道WDM相干光通信系统中，对由PDM-4QAM/16QAM/64QAM组合的10种调制格式的3信道信号实现了MFI准确率为100%、OSNR监测的平均绝对误差（MAE）为0.16 dB的精准监测。为进一步研究所提OPM方案的性能以应对复杂的传输环境，提出了迁移学习辅助的多任务深度神经网络（TL-MT-DNN）用于多信道MFI和OSNR并行监测。结果表明，所提方案可移植性较好，还可节省大量样本和训练周期，其MFI准确率仍可达100%，3信道OSNR监测的MAE分别为0.24 dB、0.20 dB和0.19 dB。

通过对光高频谱效率频分复用（O-SEFDM）系统的现有多种生成方式的分析，提出了一种基于修正的普适分数阶傅里叶逆变换（uIFrFT）生成方法。基于参数P对称的uIFrFT，可以应用厄米特对称生成实值信号，因此避免了强度调制/直接探测（IM/DD）O-SEFDM中的上变频，实现了系统的简化。在该方案中设计了适配的球面部分检测器（SPD）。仿真结果表明，对于IM/DD O-SEFDM系统，uIFrFT生成方法在灵活性和性能上优于现有生成方法。此外，在4阶正交振幅调制（4QAM）和16QAM传输系统中，SPD相比于传统固定球面检测器（FSD）的误码率（BER）性能得到提升，而且复杂度降低了约51%。

设计了二维多位相光栅分光器的位相结构, 并根据周期性位相结构推导出位相光栅的二维分光公式, 使用模拟退火优化算法对二维8×16四位相光栅分光器的位相结构进行了优化设计, 得到了二维分光效率为70.03%、不均匀度仅为4.6×10-4的位相光栅。将优化计算得到的位相分布结果进行拆分, 制作了光刻版, 利用光刻版套刻制作了四位相光栅分光器样品, 并搭建光路对样品的分光性能进行了测试, 结果表明, 多位相结构能显著提高光栅的分束效率和均匀性。

为了实现对脉冲位置调制传输系统光纤信道中偏振模色散的动态监测, 提出了一种新型偏振膜色散监测方案, 并基于监测原理构建了数学模型。该方案基于单边带内不同偏振信号相位差实现, 具有结构简单、易于实现、成本低等优点。结果表明, 本方案可以实现对光信号的差分群延时与偏振态的动态监测, 即当差分群延时在0ps~100ps范围内时, 可准确监测; 同时证实了其与信号速率关系较小, 能够适应不同速率的系统, 且可对脉冲位置调制传输系统的偏振模色散进行实时动态监测。该方案是一个高效可行的偏振模色散监测方案。

为了适应高速率大色散光纤信道对链路色散的精确补偿要求, 研究并提出了一种基于射频信号2阶零功率点的信道色散测量方案。采用信号两边带的位相差来测量光纤链路中的色散值, 通过在发射端加载射频信号, 可以得到接收端射频信号功率大小随链路色散值的周期性变化关系, 从仿真光纤链路色散随射频信号频率的变化曲线获得接收端射频信号2阶零功率点位置。结果表明, 基于射频信号2阶零功率的信号测量方案色散测量误差可控制在±10ps/nm范围内。相较于1阶零功率点, 基于射频信号2阶零功率点信道色散测量方案可满足高速率、长距离大色散光纤信道对色散值的精确测量需求。

为了研究高带宽利用率和大容量的光分组交换系统, 对载波抑制调制原理进行理论分析,提出了一种载波抑制调制光标签的方案, 并对基于载波抑制调制的光标签系统进行了仿真分析和实验研究。结果表明, 载波抑制光标签的中心载波抑制比达到21.3dB;在622Mbit/s和1.25Gbit/s的标签调制速率下, 系统传输距离超过40km时, 依然能保持低于10-10的误比特率;以误比特率10-10为标准, 在传输距离为40km时, 两种标签调制速率的功率代价分别为1.7dB和1.9dB。此结果说明载波抑制光标签在光分组交换系统中具有串扰小、功率代价低等特点, 信号质量好, 适合远距离传输。

在考虑线性损耗的情况下,对硅基纳米波导中皮秒脉冲传输交叉相位调制不稳定性进行了仿真研究。采用微扰和线性稳定性分析方法,理论推导了调制不稳定性产生所满足的色散关系和调制不稳定性增益谱表达式。分析了脉冲光功率、线性损耗和群速度色散系数等参量对交叉相位调制不稳定性的影响,并进行了仿真分析。结果表明,即使在微弱的入射光功率下,仍然存在强烈的交叉相位调制不稳定性现象;交叉相位调制不稳定性不仅可以在反常色散区出现,而且在正常色散区也会发生。波导的线性损耗对交叉相位调制不稳定性增益谱有明显影响。

为了分析线性损耗和双光子吸收对硅基波导调制不稳定性的影响，采用理论论证和数值模拟相结合的研究方法，推导了调制不稳定性增益谱、峰值增益、峰值增益频率和调制带宽的表达式。论证了波导的线性损耗、双光子吸收系数和脉冲光功率等参量对调制不稳定性的影响，并对给定结构参量的脊波导进行了仿真分析。结果表明,即使在微弱的光功率(几十毫瓦)下，在反常色散区仍然存在强烈的调制不稳定性现象，其增益是相同功率下光纤介质的102~103倍；峰值增益频率和增益带宽随波导的线性损耗指数衰减；峰值增益也随双光子吸收系数指数减少。这为硅基波导调制不稳定性实验研究和超连续谱产生提供了理论参考。

An optical waveguide interconnect mesh network scheme for parallel multiprocessor systems based on an electro-optical printed circuit board (EOPCB) with multimode polymer waveguide is proposed. The system consists of 2×2 processor element chips interconnected in a mesh network configuration. An additional layer with optical waveguide structure is embedded in a conventional printed circuit board to construct the EOPCB. Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)/positive intrinsic-negative (PIN) arrays are applied as the optical transmitters/receivers. Three 1×12 VCSEL/PIN parallel optical transmitting/receiving modules are used to provide 32 input/output optical channels required by the 2×2 chip-to-chip optical mesh interconnect system. The data rate in each optical channel is 3.125 Gbps and thus 10 Gbps parallel optical interconnect link for each direction of a chip is obtained. The optical signals from a processor element chip can be transmitted to another chip through optical waveguide interconnect embedded in the board. Thus the optical interconnect mesh network for parallel multiprocessor system can be implemented.

为了研究低功率信号光脉冲在均匀周期结构阻带外沿且紧靠阻带的传输特性，采用数值求解非线性薛定谔方程的方法，进行了理论分析，给出了脉冲宽度、峰值功率与传输距离的关系曲线和在不同频率失谐量下的脉冲慢光延迟特性。结果表明，脉冲波形在传输过程中将经历剧烈的演变过程，当给予入射脉冲合适的初始预啁啾参量时，可以得到与入射脉冲具有相当峰值功率的输出脉冲。这一结果对实验研究低功率信号脉冲在均匀周期结构阻带外沿且紧靠阻带的慢光传输特性具有重要的理论参考价值。