提出了一种基于光时分复用技术的高速成像系统。飞秒激光器中心波长1557 nm,脉冲宽度90 fs,对USAF-1951分辨率板线性扫描成像,扫描频率为38.88 MHz。在连续时间序列编码放大显微成像技术的基础上,运用光时分复用技术,复制光脉冲信号并携带检测物体相同的空间信息。原光脉冲和复制光脉冲以相同的采样率分别采样,通过相应的数据处理将两次采样数据整合在一起还原图像。实验结果表明,与传统的超快成像方法相比,成像系统利用10 GHz的数字采样设备可以达到20 GHz的采样率,采样点数是传统超快成像方法的两倍。该方法有效克服了成像系统采样率不足的问题,提高了成像系统的空间分辨率。与此同时,该系统算法复杂程度不高,有利于进一步促进超高速成像技术的发展。

设计了基于法拉第旋转镜和三端口环形器偏振态一致的级联时分复用系统，其输出所有光脉冲偏振态一致，极大的提高了时分复用系统的偏振态稳定性，并对时分复用过程中时间和幅度调节误差对复用精度的影响进行了频谱分析，说明其功率密度只在基频率整数倍频点变化，进而采用频谱分析仪对时分复用过程中的时间、幅度误差进行实时检测和动态调节，对5级32倍时分复用检测。结果表明，该时分复用系统的有效位数达到了6.15 bit。

研究了一种基于双相位调制器（PM）结构的光电振荡器（OEO）。利用OEO提取的电时钟对外加的连续光进行相位调制，再经过光带通滤波器（OBPF）进行偏移滤波，产生了脉宽为7.6 ps的光脉冲。随后进入由相位调制器和单模光纤（SMF）组成的脉冲压缩器进行脉冲压缩，从而得到脉宽很窄的光帧时钟。实验中，成功实现了从4×25 Gbit/s信号中同时提取出25 GHz的光时钟和电时钟。光时钟的脉冲宽度为3.1 ps，占空比为7.75%，时间抖动为135 fs（100 Hz~10 MHz）。电时钟载噪比为61.7 dB，时间抖动为118 fs（100 Hz~10 MHz）。

在160 Gb/s光时分复用(OTDM)系统中，带内四波混频(IFWM)效应是影响系统性能的因素之一。分析了IFWM效应对160 Gb/s光时分复用传输系统性能的影响，对采用强色散管理的方法抑制IFWM效应进行了理论分析和实验验证。传输链路采用大色散斜率的标准单模光纤(SSMF)和色散、色散斜率补偿光纤混合的色散管理方式，能够很好地抑制“1”比特处的脉冲幅度变化和“0”比特处产生的寄生脉冲，提升系统的整体性能。在不需要前向纠错和功率代价小于3.6 dB的条件下，实现了较长时间(时间大于2 h)的无误码(误码率小于10-12)传输。

在160 Gb/s 100 km光时分复用（OTDM）通信系统中，色散是影响系统性能的主要因素。为减小由此带来的信号波形的失真，进行了理论分析与研究，并做了相应的实验加以验证。传输链路采用混合补偿方式，精确补偿色散与色散斜率，优化传输链路色散图谱及各点工作功率，有效抑制非线性效应，实现高精度色散管理，提升系统的整体性能。使用500 GHz高速示波器，调整传输链路光纤的长度精确到10 m，并准确观测各环节实验结果。系统既没有使用前向纠错技术，也没有进行偏振模色散（PMD）补偿，仅仅通过高精度色散管理实现了160 Gb/s光时分复用信号100.25 km稳定无误码（误码率小于10-12）传输。

提出了一种基于锁模脉冲源和高速光开关的时分抽样模数(A/D)转换系统。使用高重复频率、窄脉宽的锁模脉冲串对射频信号进行抽样，利用高速光开关进行时分复用，将高采样率的信号转换为并行的多路低采样率信号，以适应现有的电模数转换器进行量化和编码，并且通过改变光开关的频率，可以灵活地改变解复用后每路信号的频率。系统的优点在于可扩展性高，只需一个锁模脉冲源。使用10 GHz重复频率的锁模脉冲和1.25 GHz的高速光开关验证了系统方案的可行性。利用实验中得到的采样点可以较好地恢复出时域信号，并且得到了各个频率的频谱图。其信噪比可达32.02 dB，等效于5.03 bit的有效比特数。

研究了160 Gb/s 光时分复用(OTDM)系统的解复用技术。针对160 Gb/s速率的特点,对高非线性光纤(HNLF)的光纤环镜(NOLM) 特性及解复用进行了数值仿真。计算了低信号光时间抖动下解复用误码特性对时钟与信号的走离及时钟功率的依赖关系。计算了三种走离值消光比随时钟功率增加的变化趋势并给出：存在一个能获得最大的解复用窗口消光比、并能降低相邻信道串扰的合适的时钟功率范围。利用自制的基于电吸收调制器和压缩技术的超短光脉冲源建立了160 Gb/s OTDM实验系统,测量了不同信号光功率下NOLM的消光比,它基本不随信号增大而变化,在信号功率为7.3 dBm时仍大于23 dB。利用上述装置实现了无误码的160 Gb/s到10 Gb/s全光解复用。

实验研究了重复速率为6.32 GHz的光脉冲注入法布里-珀罗(Fabry-Pérot)半导体激光器实现3.16 GHz光脉冲输出的时钟分频现象,讨论了Fabry-Pérot半导体激光器的偏置电流、注入光功率、注入光光谱以及光谱线宽等因素对时钟分频的影响。利用光注入半导体激光器产生的周期二振荡非线性动力学特性,实现了高重复速率光脉冲的时钟分频。研究表明,当注入光的光谱较窄且锁定Fabry-Pérot半导体激光器某一纵模时,在较低的偏置电流和一定的注入光功率时,时钟分频才能发生。采用半导体激光器的速率方程,通过数值模拟,研究了半导体激光器的偏置电流和线宽增强因子以及注入光功率对时钟分频的影响,所得结果与实验结果相吻合。