在水下信道中使用涡旋光复用通信技术可以有效提高通信系统的信道容量，然而海洋湍流会引起涡旋光束的模态间串扰，造成通信系统的性能下降。为了缓解模态串扰问题，本文引入基于反向传播（BP）神经网络的盲均衡算法，采取4路涡旋光进行复用传输，使用随机相位屏法模拟海洋湍流，仿真分析了系统在加入BP盲均衡算法后，改变海洋湍流强度、传输距离以及涡旋光复用模式等因素下，系统误码率的改善情况。仿真结果表明，利用BP神经网络的盲均衡算法能够有效降低海洋湍流对系统误码率的影响，且在复用模式间隔选为2时，系统性能改善明显。

针对跨海光通信系统，海岸两侧供电架构导致的能效问题是限制其容量的主要因素。多根单模光纤（M-SMF）复用是目前阶段提高通信海缆容量的主要解决方案。然而，海缆中可容纳的光纤数量往往受限于其机械特性和下缆难度，可容纳光纤数量目前通常限制在32以下。因此，高复用密度的空分复用技术有望在海缆通信领域中展现其优势。对基于多芯光纤（MCF）海缆的能效公式进行了理论推导，对比了MCF海缆与M-SMF海缆的能效特性，并分析多芯耦合器插损、芯间串扰等边际参数对系统总体能效的影响。结果证明：采用4芯光纤在跨大西洋海缆和跨太平洋海缆中的最优光纤数目分别为86和14；采用7芯光纤在跨大西洋海缆和跨太平洋海缆中的最优光纤数目分别为50和8。在海缆最大容纳光纤数目（32）情况下：4芯光纤在跨大西洋场景和跨太平洋场景中相比M-SMF海缆可以提升能效至2.50倍和1.13倍；7芯光纤在跨大西洋场景和跨太平洋场景中相比M-SMF海缆可以提升能效至3.20倍和1.13倍。

1992 年 Allen 等认识到光子可以携带轨道角动量 (OAM), 其表现为波前的螺旋相位分布。由于其独特的光场分布以及其拓扑荷理论上可取任意整数等特性, OAM 光束在超分辨成像、高密度数据编码等领域具有重要作用。对微纳尺度下 OAM 光束与物质相互作用新机制的研究, 有望为现代光子器件以及多维光与物质相互作用等领域提供新的思路和方法。介绍了本课题组利用 OAM 光束在纳米结构上实现多维信息复用以及 OAM 光束拓扑荷的探测技术, 并对纳米尺度 OAM 光束的应用进行了展望。

水下无线光通信(UWOC)可为水下平台提供高速灵活的通信选择。本文介绍了 UWOC的基本链路构成，并指出 UWOC系统的优化方案。吸收、散射和湍流都会影响 UWOC的性能，深入研究信道特性可以指导发射器、接收器和相关信号处理技术的设计。UWOC性能还能够通过复用技术、单光子探测技术和对准系统等进行优化。功能全面的测试平台可以为 UWOC系统提供必要的测试环境，为海试与工业化应用奠定基础。本文期望能为 UWOC相关研究者带来帮助。

随着信息社会的进一步发展和大数据时代的到来, 传统通信和互连技术越来越不能满足数据传输与处理环节对于传输容量、通信速度、信号延迟、传输距离与电能消耗等方面的要求。硅基光电子集成技术以前所未有的材料和技术优越性, 为上述问题的圆满解决提供了理想的途径, 正在迅速发展, 并将逐渐成为构建现代信息社会关键硬件基础的主体技术。结合本研究组针对多层次光通信、光互连的最新研究进展, 系统地介绍了光通信、光互连用硅基激光器、调制器、波分复用、模分复用、偏振控制、光开关、探测器等全系列硅基光子集成器件的研究思路、方法、成果和发展趋势, 并对其在通信、互连、微波、传感等领域的应用可能性展开了讨论。

基于光路复用机理，提出了一种激光近程动态扫描探测方法。基于重尾函数建立了一种脉冲激光发射波形数学模型，推导了脉冲激光近程动态探测冲击响应及回波方程。建立了一种脉冲激光测距概率统计分布模型，研究了脉冲激光发射功率/脉宽、阈值检测电压、等效均方根噪声电压以及激光出射角对测距概率分布的影响机理。结果表明：随着发射功率的增加，测距精度提高且分布曲线逐渐偏离真实值；测距精度随着激光发射脉宽的增加而递减；随着阈值电压的提高，分布曲线向右移动；距离测量分布曲线随着等效均方根噪声电压的增加而宽度增加、幅值减小；随着激光出射角度的增加，测距分布曲线向右移动，测距精度随之降低。

为了给从事红外混合气体检测领域的研究人员提供一定的借鉴与参考, 针对红外混合气体检测系统中的光学复用结构以及检测方法进行了详细评述。 目前, 以量子级联激光器(QCL)、 带间级联激光器(ICL)为代表的相干光源已逐渐取代热辐射红外光源、 红外发光二极管(LED)等传统非相干光源, 成为红外混合气体检测中的主流光源。 相应地, 具有超高探测度和极短响应时间的红外光探测器也逐渐超越以往的红外热探测器, 占据红外探测器领域的主导地位。 基于“复用思想”的光学复用结构则是红外混合气体检测系统的核心, 主要包括单光源复用检测结构和多光源复用检测结构。 其中, 单光源复用检测结构以其体积小、 集成度高等优点成为构建便携式混合气体检测系统的重要选择; 而多光源复用检测结构是时分复用、 频分复用、 波分复用等思想的具体化, 并凭借其较宽的光谱覆盖范围、 较高的光谱分辨率等优势成为当前混合气体检测系统中的主导结构。 应用于红外混合气体检测的检测方法主要有非分光红外(NDIR)光谱技术、 波长/频率调制光谱技术、 腔增强光谱技术以及光声光谱技术等。 研究人员可通过对红外混合气体检测系统各组成部分充分了解后, 设计出实用的红外混合气体检测系统, 对工农业生产、 环境监测、 生命科学等诸多领域都具有重要意义。

通过对基于傅里叶变换过程的全光OFDM(正交频分复用)进行理论模型分析，采用马赫-曾德干涉仪级联的方式构造出复用/解复用模块，在光域上直接进行IDFT/DFT(离散型傅里叶逆变换/离散型傅里叶变换)过程。在DPSK(差分相移键控)调制、DQPSK(差分四相相移键控)调制、4QAM(2阶正交幅度调制)和16QAM(4阶正交幅度调制)下，利用全光复用/解复用模块模拟了8×40 Gbit/s无保护间隔的OFDM系统传输，对误码率等性能作出分析。