近年发展起来的数字后向传输（DBP）算法能够明显地消除相干光纤通信系统中的非线性损伤。然而，作为一类固有的噪声源，光收发机噪声和光信号会在光纤的传输过程中经由光纤克尔效应发生有害的非线性信号-噪声间相互作用（NSNI）。NSNI效应会显著降低DBP算法的有效性。针对三类传输光纤（纯石英光纤、单模光纤和非零色散位移光纤），研究了奈奎斯特-波分复用相干光传输系统中，收发机噪声引起的光纤通信系统的传输代价。结果表明，尽管纯石英光纤在无收发机噪声影响的情况下表现出最好的通信性能，但是它对收发机噪声的影响最为敏感。

对于完全补偿了信号-信号间非线性相互作用的相干光纤传输系统，系统的通信性能主要受到非线性信号-噪声间相互作用(NSNI)的限制。提出了全阶NSNI的理论模型，以速率为256 Gb/s、调制格式为基于偏振复用的16阶正交振幅调制(16QAM)信号的奈奎斯特光传输系统为例，对全阶NSNI模型进行了验证。实验结果表明：仅考虑一阶和二阶NSNI效应会高估系统的通信性能，全阶NSNI模型则能较准确地反映NSNI效应对系统的影响。

在动态光散射技术中, 光强自相关数据中信号噪声对测量结果的影响, 主要取决于颗粒粒度反演算法。在多角度测量时, 角度加权则成为左右噪声对测量结果影响的又一重要因素。本文在多角度动态光散射角度加权机理分析的基础上, 研究了光强均值和迭代递归角度加权方法对测量信号噪声影响的抑制作用。结果表明, 无信号噪声时,对于单峰小粒度分布,迭代递归方法加权对小颗粒粒度分布略有展宽; 对于中、大颗粒, 光强均值法进行角度加权所得的峰值误差略有增大; 随着噪声的增加, 迭代递归法加权所得反演结果的性能指标无显著变化, 而光强均值法进行角度加权所得结果的峰值误差和分布误差均呈显著增大的趋势。306/974 nm标准双峰颗粒体系光强均值法和迭代递归法的反演峰值误差分别为0.170/0.121, 0.092/0.097, 迭代递归法峰值位置更准确, 能够验证模拟数据的结论。迭代递归法通过各个散射角逐次反演和比较粒度分布重新计算角度权重, 这种通过角度权重更新的“修正”作用, 在很大程度上抵消了噪声导致的粒度分布误差, 从而显现出抵御噪声影响的“去噪”性能。因此, 在测量噪声较大的环境下, 宜采用迭代递归方法进行多角度加权。

提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_0.04Ga_0.96As)太赫兹量子阱探测器，并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征，得到峰值响应频率为6.78 THz，背景噪声限制温度为16 K.理论上，首先，考虑多体效应对器件能带结构的影响，计算得峰值响应频率为6.64 THz，考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件，铝组分低，阱宽窄)，理论与实验吻合的较好，证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响；然后，对器件的电流电压特性进行研究，计算得到背景噪声限制温度为17.5 K，与实验吻合. 太赫兹量子阱探测器较低的工作温度，极大限制了其应用，提出了两种实现高温探测的方法：(1)引入光学汇聚天线，提高器件背景限制温度，计算结果表明当引入增强系数为10⁶倍的天线时，其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K)；(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用，可实现信号噪声限制模式，从而实现高温探测.计算表明，当激光器功率达到0.003 mW/μm²，器件的工作温度可达77K.

分别采用最小模型矩阵、最平坦模型矩阵、最光滑模型矩阵作为初始化模型,对加入5种不同水平随机噪声的90 nm窄单峰、90 nm宽单峰和250 nm窄单峰、250 nm宽单峰颗粒体系的模拟分布进行了正则化反演,并对反演结果进行比较。结果表明: 当噪声水平为0时,正则化初始模型的选择对反演结果没有明显影响。随着噪声水平的增加,采用三种初始化模型反演得到的峰值误差和粒度分布误差都随之变大,但采用最平坦模型和最光滑模型反演得到的峰值和粒度分布误差明显小于采用最小初始模型的反演误差。当噪声水平大于0.01时,选择最平坦初始模型获得的粒度分布结果优于采用最光滑初始模型和最小初始模型获得的结果,而采用最光滑初始模型反演得到的峰值优于最平坦初始模型和最小初始模型的反演峰值。因此,采用正则化算法处理含噪动态光散射数据时,为得到最优的粒度分布信息,宜采用最平坦初始模型,若需要获取最准确的峰值信息,则应选择最光滑初始模型。

针对卫星通信中射频载波信号光学传输问题, 建立了星间微波光子链路, 利用两个并联双电极马赫 -曾德尔电光调制器, 以光载波抑制调制方式实现了星间微波信号的光域传输和下变频。利用贝赛尔函数展开推导了多载波输入情况下接收信号任意谐波和交调分量表达式, 得到了输出信号噪声失真比与输入载波数关系, 利用曲面投影法求得了不同载波数时电光调制器最佳调制系数, 分析了载波数对最佳调制系数、光发射功率和最优信号噪声失真比的影响。结果表明, 射频本振调制器的最佳调制系数在载波数变化时可以保持不变, 射频信号调制器的最佳调制系数和最优信号噪声失真比随载波数增大而减小, 光发射功率随载波数增大而增大。

多频段多路信号同步调制时，星间微波光子链路性能与单路信号调制时相比有很大不同。基于Ku和Ka频段4路信号同步调制的星间微波光子链路模型，实现了卫星接收射频信号在光域上的放大、传输和分束等处理，利用贝塞尔函数展开分析了输出端非线性失真分量，推导了单边带、双边带和推挽调制方式下输出信号失真比(SDR)和信号噪声失真比(SNDR)。结果表明，非线性失真对单边带调制的影响小于双边带调制；单边带和双边带调制时最优输出SNDR值相同，对应的双边带调制时调制系数小于单边带调制；推挽调制方式时低偏置相位不能优化输出SNDR值。综合考虑输出信号质量和功耗因素，多频段信号同步调制时星间微波光子链路应选取双边带调制方式。

考虑到星间微波光子链路传输损耗大且多路微波信号之间交调干扰严重，利用前置光放大来提高链路的信号噪声失真比RSNDR。建立了两路输入前置光放大星间微波光子链路模型，推导出了RSNDR的解析表达式。通过优化马赫曾德尔调制器的直流偏置相移，使得在给定输入射频信号功率条件下RSNDR最大，并进一步分析了前置光放大器参数对最优直流偏置相移和RSNDR的影响。仿真结果表明，前置光放大改变了影响RSNDR的主要因素，使信号放大的倍数大于噪声和三阶交调（IM3）放大的倍数，从而提高了链路的RSNDR。当前置光放大器增益为20 dB、噪声系数为3 dB时，最优的RSNDR比不加前置光放大器时提高24 dB。前置光放大器增益和噪声系数对最优的RSNDR影响很大，而对最优的直流偏置相移几乎无影响。

本文通过最佳信号噪声比分析,讨论了单分子辐射单光子在具有时间均匀分布背景信号时对同步取样时间的选取.利用理论分析单分子光子源最佳信噪比与取样门的对应关系,应用计算机虚拟取样测量单分子光辐射信号,有效地抑制了背景信号的影响,分析了光场的光子统计分布特性.