空间激光通信调制技术以幅度调制和相位调制为主，单一通信终端只能适应特定的调制格式，灵活性较差，存在星间链路组网应用的局限性。文章基于数字处理的光调制技术，采用LiNbO3晶体正交相位调制器，结合闭环偏压控制算法，实现了光调制格式、调制速率可变的星载光调制器，并针对空间应用对幅度调制和相位调制方式进行了优化，最大化光纤放大器效率。该技术硬件实现了625Mb/s~5Gb/s通信速率分档可调，OOK，BPSK和QPSK调制格式可变，发射EVM优于9%，实际引入灵敏度损耗小于1dB。该调制器已经完成所有空间环境试验，可广泛适用于各种体制的激光通信终端，进行星地、星间激光通信建链。同时，该调制器具备模拟调制的功能，可实现星间微波光子信号的透明转发。

设计了一种由平衡光电二极管芯片和跨阻放大器混合集成的星载高灵敏度平衡光电探测器。平衡光电二极管芯片采用双InPInGaAs光电二极管单元单片集成的内平衡结构，以降低芯片自身噪声,提高探测器灵敏度。通过Cadence仿真软件对集成了正负双向电流输入电路、自动增益控制电路和反相器型输入电路的闭环放大器结构进行了仿真，得到等效噪声功率、带宽和增益三者之间的关系，制作出适配平衡光电二极管芯片的跨阻放大器。搭建1.55μm激光测试系统对研制的探测器进行性能测试，结果显示，其3dB带宽为1.58GHz，等效噪声功率密度为5.96pW/Hz1/2，共模抑制比为42.04dB(@DC～1.58GHz)，在相干激光通信系统中的接收灵敏度达到-61dBm。

易于集成、高消光比是目前全光开关的研究目标。采用硅基串联双微环谐振腔的方案，双环半径均为10 μm，理论分析认为串联双微环谐振腔可以有效改善光开关的消光比，并在此基础上进一步研究了基于硅基串联双微环谐振腔热非线性效应全光开关的基本特性。实验中，通过易耦合的离面耦合方法，利用面内单光注入技术，得到串联双微环谐振腔同谐振波长处最大陷波深度为27 dB，并通过调节注入光功率，实验得到基于热非线性效应的最大开关消光比为20.2 dB，热非线性红移变化量为136.4 pm/mW；采用面内双光注入技术，测得开关时间分别为2.84 μs和3.04 μs，并与面内单光注入测试结果进行了对比分析。实验测试结果与理论分析相符，为高集成化、高性能光路由和光调制器提供可行的方案。

提出了一种基于注入锁定分布反馈式(DFB)激光器的双波长差频微波/毫米波信号产生方案。方案利用正弦波光信号通过半导体光放大器(SOA)进行非线性展宽，产生高阶分量，然后注入到两个DFB激光器后进行锁定放大，产生频率连续可调的倍频信号。在实验中，注入的正弦波光信号频率为1.25 GHz，得到20~40 GHz频率范围内1.25 GHz的任意自然数倍的连续可调微波信号，其最高倍频数为32。

提出了一种基于三波长注入法布里珀罗型激光二极管(FP-LD)产生超宽带(UWB)信号的方案。在FP-LD不同激射模式中注入一路信号光和两路直流探测光，实现多波长变换并得到两路反码输出和一路正码输出；再通过光纤进行色散走离，使不同波长信号之间产生时延，形成UWB脉冲，最后经过光电转换产生UWB信号。对所提出的UWB信号产生方案的原理进行分析，并对UWB信号的波形以及频谱特性进行了实验研究。在此基础上，进行了1.25 Gb/s非归零码(NRZ)信号注入FP-LD产生差分编码UWB信号的实验。实验产生的UWB脉冲信号半峰全宽最小为83.3 ps，10 dB谱宽约为4.6 GHz，其频宽比为107%。

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应，透射传输函数重构的自由度低，可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上，分析了NOLM中探测光的偏振态的演化，以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下，可以更加自由地构建不同透射传输函数，从而利用单一NOLM结构，仅通过调节偏振控制器，即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中，完成了两路40 Gb/s的数据信号之间的“非”、“与”、“或”、“或非”、“同或”、“异或”等各种基础组合逻辑，验证了方案的可行性。

提出了一种将低速基带信号直调产生的宽谱信号，注入至用于上变频的分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)，利用调制信号光谱中的高阶分量对从激光器进行相位锁定，从而产生光学上变频信号的方法。对直调信号注入锁定DFB-LD产生光学上变频信号的机理进行了理论分析，完成了2.5 Gb/s伪随机码基带信号通过直调并注入从激光器，分别产生了30，35，40 GHz副载波频率的全光上变频信号的实验，并在时域和频域上，对上变频信号的特征进行了研究。该方案结构简单，无需高速外调制器及高频本振，具有集成潜力，理论上可产生更高载频(如60 GHz)，对目前的光无线混合接入提供了一种可行的解决方案。

提出一种基于低速光调相信号注入半导体分布反馈激光器（DFB-LD）产生最低4倍频，最高16倍频的40 GHz和60 GHz的毫米波调相信号。该方案利用注入光的N阶调相边带锁定DFB-LD的波长，同时DFB-LD放大此调相边带并与原注入光信号通过相干差拍作用在LD腔内形成毫米波调相信号。通过理论建模分析了工作原理，经系统实验验证了此方案的可行性。应用2.5，5和10 GHz的光调相信号均得到40 GHz或60 GHz的毫米波信号，实现了最低4倍频，最高16倍频的毫米波信号产生，并通过单边带相位噪声的测量验证了毫米波的频率稳定度。

在高重复频率的光窄脉冲源中,为了获得更窄的脉冲,需要增加泵浦功率;但泵浦功率的提高会使光放大器的增益趋于饱和,放大的自发辐射噪音增强,脉冲光信噪比下降.为此,提出了利用啁啾管理和光纤光参量放大相结合的脉冲压窄方案.将强度调制后的泵浦光通过相位调制引入线性负啁啾，由于经参量过程后在新的闲频光上啁啾会加倍，从而进一步增大了信号的谱宽，并通过色散补偿介质实现了光脉冲压缩.实验给出了10 GHz速率下的结果，通过泵浦光的相位调制在0.5 W平均泵浦光功率条件下得到了脉宽19 ps的光脉冲,结果与理论分析基本吻合.

低成本、低功耗和可集成是目前波长变换技术所追求的目标。提出一种基于法布里珀罗型激光二极管(FP-LD)中模式竞争机理的全光波长变换方案。通过在FP-LD不同模式中注入恒值探测光和信号光产生双模式竞争，从而实现波长变换。对波长变换产生的原理进行了分析，并对波长变换后信号的信噪比、消光比以及啁啾特性进行了实验研究。进行了10 Gb/s非归零（NRZ）信号在不同波长上的波长变换及其20 km传输实验。误码率测试数据结果表明波长变换后的功率代价小于1 dB，各个波长信号传输20 km后的功率代价均小于1 dB。