可见光通信因其显著优势逐渐成为星间通信的研究热点。可见光通信能够提供丰富且无需授权的频谱资源，传输速率高，保密性强以及抗电磁干扰等。可见光激光通信器件发射功率较高、抗辐照能力强、激光束散角小，有望应用于星间大容量长距离通信链路传输。实现了集成的40路波分复用可见光激光通信系统，复用29个可见光波长，采用离散多音比特加载调制和Levin-Campello算法，达到了418.3 Gbit/s的总传输数据。针对可见光激光通信系统中的带宽受限和高频衰落的问题，该系统采用了数字预均衡技术，根据该系统的信号特点，设计了相应的佐贝尔网络，通过增强高频信号能量和减小低频信号能量实现整体通信性能的提升。实验表明，数字预均衡可显著提升可见光激光通信性能。该系统证明了可见光激光通信在星间大容量通信中的巨大潜力。

波分复用技术已被证明可以有效提高近红外波段光通信的容量，并减小通道间串扰。 然而，迄今为止，蓝绿光波段的波分复用系统仅支持有限数量的波长通道，通道间隔较大。这是因为没有适用于可见光的具有精细波长间隔的波分复用器和解复用器。为了阐述清楚这一问题，本文综述可见光波段波分复用技术的发展，特别关注基于集成光学相控阵解复用器的密集蓝绿波分复用技术的进展。最后，对目前蓝绿波分复用技术的发展趋势进行了总结和展望。

提出了一种基于神经网络的多输入多输出（MIMO）均衡器，并在大容量模分-波分复用通信系统中进行了实验验证。该系统基于6模掺铒光纤放大器实现了16通道波分复用双极化48 Gbaud 16阶正交振幅调制（16QAM），在LP01、LP02、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b六种模式上传输了100 km少模光纤（FMF）。为降低非线性的影响，在接收端数字信号处理中，采用基于多标签技术的MIMO神经网络均衡器，能够显著提升系统性能。实验结果表明，经100 km的FMF传输，MIMO神经网络均衡器的强大性能使得系统的比特误码率能满足15% 软判决前项纠错阈值要求。

波分复用（WDM）光网络具有波长和节点数目众多、传输路径动态重构、业务/资源动态调度等特点，亟须发展低成本、高可靠的在线监测技术，以保障光网络的安全稳定运行。本文提出了一种基于四进制脉冲幅度调制（PAM4）数字光标签的低成本、高可靠、高效率监测方案，并创新设计了PAM4光标签加载、探测和处理等整套机制与方法，配合所提出的基于PAM4光标签序列特征的光功率监测误差修正方法以及基于频谱峰值的功率计算方法，所提方案可以准确高效地监测波长通道光功率、估计光信噪比（OSNR）并恢复数字标签信息等。搭建了16 GBaud偏振复用QPSK/16QAM WDM光传输仿真系统和离线实验平台，验证结果表明所提方案在25跨段长距离传输后的通道光功率监测误差不超过0.65 dB，OSNR估计误差不超过0.6 dB，性能略优于传统的基于差分相移键控（DPSK）低阶调制格式的光标签监测方案。

针对现有传统波分复用（WDM）难以同时满足运营商大规模部署和降本增效需求的问题。分析了城域盒式WDM设备较传统WDM设备在开放解耦、低能耗和低成本等方面的优势，并结合互联网数据中心（IDC）和城域云网等需求场景，提出了城域盒式WDM设备的组网部署应用建议，具有较强的可行性。

为了解决急剧提升的通信系统容量需求与长距离传输等问题，通过实验验证了超大容量的少模光纤传输。在超大容量需求的背景下，同时使用波分复用、模分复用、偏振复用三种复用技术进行信号传输，凭借自研的低损耗六模渐变型光纤（各模式衰减约为0.2 dB/km），实现了覆盖C波段共80个通道，每个通道双模双偏振信号的1000 km传输。考虑到超长距离传输带来的色散和双模双偏振带来的串扰，在进行接收端离线数字信号处理（DSP）时首先使用频域色散补偿算法进行色散补偿，并在下采样和时钟恢复后联合利用多输入多输出-频域最小均方算法（MIMO-FDLMS）和多输入多输出-时域最小均方算法（MIMO-TDLMS）进行信道均衡和色散补偿。在28%冗余的低密度奇偶校验（LDPC）信道编码软判决前向纠错（SD-FEC）阈值5.2×10^-2条件下，实现了总的线传输速率40.96 Tbit/s，净速率高达32 Tbit/s。

基于绝缘体上硅材料平台，设计并制作了一种结构紧凑的高均匀性硅波导阵列波导光栅，其拥有8个输出通道并且通道间隔为200 GHz。分析了绝缘体上硅材料平台中硅波导的弯曲半径对弯曲损耗和有效折射率的影响。测试结果表明，该器件的插入损耗为19.6 dB，串扰为-15 dB，非均匀性为0.87 dB，3 dB带宽为1.06 nm，结构尺寸仅为294 μm×190 μm。芯片的制作工艺与互补金属氧化物半导体工艺兼容，这使得阵列波导光栅的大批量、低成本生产成为可能，对集成波分复用网络的发展具有重要的意义。

为了满足5G光通信对细波分复用（LWDM）窄带滤光膜的要求，笔者采用电子束与离子辅助沉积技术，在K9基底上镀制了高质量光通信滤光膜。提出了一种高精度调试膜厚均匀性与光谱一致性的方法，该方法通过对特殊膜系镀膜结果进行反演分析，能快速分析出Ta₂O₅和SiO₂两种材料光学厚度的误差，根据分析结果调节修正板，可以有效解决光学厚度匹配的问题，改善窄带滤光膜光谱。在镀制过程中采用光学直接监控法监控膜厚，对基板的实时光量值曲线进行拟合，根据拟合结果监控膜层厚度，同时采用晶控平均厚度法对耦合层与非规整膜层进行监控，提高了监控精度。最终制备的滤光膜在-0.2 dB处的带宽为4.1 nm，通带内最大插入损耗为0.14 dB，通带波纹为0.04 dB，-27 dB处带宽为6.0 nm，满足细波分复用窄带滤光膜的技术要求。