自适应光学系统可以抑制大气湍流所产生的波前畸变，波前探测支路和光纤耦合支路之间存在的非共光路像差会导致自适应光学系统闭环后其耦合功率未能有效提升。采用逆向传输标定法由耦合光纤端到波前传感器进行反向传输，将波前传感器采集相对应的波前信息折算到自适应光学系统并实现闭环控制。结果表明：采用逆向传输标定法，数值仿真的耦合效率由27.31%提升至68.14%；静态环境实验的耦合效率由9.04%提升至45.21%；湍流环境实验的耦合效率由19.72%提升至36.93%；复杂环境实验的耦合效率由3.87%提升至7.52%。该方案简单而切实可行，易于在工程上推广应用。

针对自由空间光(FSO)通信的实时化应用问题，本文采用自研的收发一体实时数字相干通信模块，基于自由空间光信道，通过实验验证了8×10 Gb/s、偏振复用正交相移键控(PDM-QPSK)信号的实时相干通信系统。在7%前向纠错码(FEC)条件下，通过使用掺铒光纤放大器(EDFA)调整接收端功率，该实时数字相干通信系统的单通道背靠背接收灵敏度达到了－50 dBm左右；8路信道的光载波频率间隔为12.5 GHz，且在不引入其他损耗的情况下，通过1 m左右的空间光链路实现了全信道的无误码传输。

同源自零差相干技术在信号传输时伴随传输一个同源的导频，将其在收端用作相干探测的本振光。同源自零差相干系统包含偏分复用同源自零差相干和空分复用同源自零差相干两类架构。通过同源自零差相干可以在光信号探测前实现有效的“光域载波恢复”，从而有望在系统中采用低成本非制冷的分布式反馈(DFB)激光器和波特率采样接收机。在空分架构中，信号光与导频光传输引入的相对延时会导致一个性质独特的相位噪声，其概率密度的分布特性限制了系统可容忍激光线宽与相对延时积的大小，而其微分对应频率调制噪声的有色性则提供了一种高精度、大动态范围的在线相对延时估计方法，为充分发挥同源自零差相干技术架构优势提供了可靠的保障。自动偏振控制调控技术可用于实现偏分架构中导频和信号的分离，亦可用于规避空分架构偏振分集探测时的功率衰落问题。此外，基于自动偏振控制的同源自零差相干技术为高速、对称的双向互连架构提供了一种全新的低成本解决方案，仅采用单个自动偏振控制器即可实现双向偏振锁定，可进一步降低单纤偏分双向架构的器件成本以及实现无需多入多出(MIMO-free)均衡的双纤架构，且数字信号处理(DSP)仅剩单入单出均衡和前向纠错。这使得基于自动偏振控制的同源自零差相干技术可以为高性能、低成本、DSP-free的双向高速互连提供一种极富前景的方案。本文介绍了同源自零差相干光传输系统的类型、优势、挑战及解决方案，综述了本团队在关键的自动偏振控制技术、在线相对延时估计技术，以及基于自动偏振控制的至简DSP同源自零差相干传输技术方面的系列成果。

为满足日益增长的通信容量需求，空分复用技术得到了快速发展，其中基于多平面光转换的模式复用及解复用混频器由于兼容模式多、插入损耗小等优点而成为了研究热点。为了简化相干通信接收端，本文提出了基于多平面光转换的拉盖尔高斯模解复用混频器，同时实现了模解复用和90°混频功能。本文首先提出拉盖尔高斯模解复用混频器的设计原理及参数定义，并采用基于角谱计算的波前匹配算法建立模解复用混频器模型。然后，基于模型仿真研究了正弦拉盖尔高斯模解复用混频器，仿真结果表明，所设计的混频器的插入损耗为－0.7020 dB，信号光与本振光的耦合系数大于0.89，端口相位差小于10.1°。之后，进一步分析了相位板数量及像素尺寸、工作波长等对输出性能的影响，结果发现：在不考虑相位板反射等外部损耗时，随着相位板数量增加(≥8)，插入损耗和模式相关损耗逐渐减小并趋于平稳；工作波长在1500～1600 nm范围时，耦合系数、端口均一性、插入损耗和模式相关损耗变化较小；像素尺寸在3.2～19.2 μm范围时，端口均一性和模式相关损耗变化较为平稳，耦合系数和插入损耗随着像素增大而恶化。最后，考虑到轨道角动量光束在空间光通信领域的广泛应用，在上述基础上进一步设计了轨道角动量光束的模解复用混频器，其性能满足应用要求。本研究结果表明：所提出的基于多平面光转换的拉盖尔高斯模及轨道角动量光束的模解解复用混频器可以同时实现模解复用和90°混频功能，性能较好，且具有较好的波长特性。本方案及仿真分析结果为空分复用技术中关键器件的设计提供了技术参考。

Upcoming generations of coherent intra/inter data center interconnects currently lack a clear path toward a reduction of cost and power consumption, which are the driving factors for these data links. In this work, the tradeoffs associated with a transition from coherent C-band to O-band silicon photonics are addressed and evaluated. The discussion includes the fundamental components of coherent data links, namely the optical components, fiber link and transceivers. As a major component of these links, a monolithic silicon photonic BiCMOS O-band coherent receiver is evaluated for its potential performance and compared to an analogous C-band device.

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。

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。

随着传输容量和传输距离的增大,光纤克尔非线性效应越来越明显,已成为目前限制光纤通信系统性能的主要因素。详细介绍了数字向后传播算法、微扰法等光纤通信中克尔非线性补偿技术的基本原理,分析了这些技术的发展现状,比较和总结了各算法的优缺点,对各技术的应用前景进行了展望。

An in-band optical signal-to-noise ratio (OSNR) monitoring technique with high resolution and large measurement range is demonstrated based on lowbandwidth coherent receiver and a tunable laser. The measurement range of OSNR is from 10 to 25 dB and the resolution can be controlled about _1 dB.