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。

针对光纤传输系统中多重物理损伤效应严重影响传输性能的情况，为保障高速光传输网络的正常运行，对传输信号进行光性能监测是必不可少的。提出一种基于卷积神经网络（CNN）的多任务光性能监测研究方案，将强度轮廓与强度波动特征作为CNN模型输入，对传输信号调制格式与光信噪比（OSNR）进行联合监测。研究结果表明，所有调制格式（28-GBaud PDM-QPSK/-8QAM/-16QAM/-32QAM/-64QAM）均可在20% 前向纠错（FEC）阈值条件（误码率为2.4×10^-2）所对应的OSNR下实现100%的识别精度。此外，当强度轮廓特征、强度波动特征和两种特征联合作为神经网络模型输入时，OSNR监测的平均绝对误差分别为0.282 dB、0.245 dB、0.165 dB，均方根误差分别为0.352 dB、0.311 dB、0.218 dB。随后，进一步研究了残余色散度对所提方案监测性能的影响。

设计了一种基于SiN_x填充的定向耦合器（DC）型偏振无关解复用器，用于分离1310 nm和1550 nm两个波长的光信号。采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法调节DC波导间隙内填充的SiN_x材料的折射率，使同一波长下横电（TE）偏振模和横磁（TM）偏振模的耦合长度相等，实现器件的偏振无关功能。通过优化波导间隙，调整两个波长光信号所对应的耦合长度比，选择合适的值可使其分别从两个端口输出，实现波长分离功能。运用三维有限时域差分方法进行建模仿真，对器件进行参数优化和性能分析。结果表明：所提出的解复用器的耦合区长度仅为22.8 μm，插入损耗和串扰（CT）分别低至0.05 dB和-21.58 dB，CT小于-10 dB的带宽可达79 nm，且总体容差性良好。所设计的器件在未来的集成光路系统中具有潜在的应用价值。

太赫兹解复用器和光栅耦合器的传统构建方法需借助经典理论和经验计算,故它们的设计流程复杂,而且性能依赖于单元结构参数。随着逆向设计方法的提出及应用,该方法可以在限定大小的基片上设计出符合功能需求的器件结构。基于此,将逆向设计方法应用于太赫兹解复用器和光栅耦合器的设计,器件的尺寸分别为3 mm×3 mm×200 μm和12 mm×12 mm×200 μm。FDTD(Finite-Difference Time-Domain)的仿真结果表明,太赫兹解复用器能够将一束含两种频率的太赫兹波完美地从两个端口分离,并且透射率在0.500 THz和0.417 THz频率处均高达0.75以上,其相邻通道间的串扰低于-19 dB。太赫兹光栅耦合器的耦合效率在0.32 THz频率处高达0.85。

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。

针对系统小型化和集成化的发展需求, 文章提出了一种基于布拉格光栅结构的红绿蓝（RGB）波导复用/解复用器, 系统研究了刻槽深度、周期数量等光栅特征参数对该复用/解复用器性能的影响。研究表明, 相对于传统的硅基材料, 基于SU8材料的复用/解复用器具有良好的透过率和柔韧性, 并且其结构紧凑, 波导横截面只有几百纳米, 长度仅为几十微米。该复用/解复用器的光学特性主要受到刻槽深度与周期数量的影响, 表现为随刻槽深度的增大, 反射谱的中心波长先红移后蓝移, 反射谱的宽度几乎正比例增大, 反射谱的峰值逐渐趋于饱和; 而随着周期数量的增多, 反射谱的宽度变化不明显, 反射谱的峰值逐渐趋于饱和。基于这些特性设计的SU8材料布拉格光栅结构RGB复用/解复用器实现了复用和解复用的功能, 为RGB复用/解复用器的小型化、集成化和柔性化奠定了基础。

为应对概率整形场景下相干光通信系统中的偏振解复用问题,提出了一种基于独立成分分析和极大似然估计的偏振解复用算法。由于各个信号之间相互独立,因此可以对信号采用独立成分分析的手段进行偏振解复用。通过基于最大似然估计的迭代更新寻找最佳的分离矩阵,即偏振解复用矩阵。对所提算法在不同信噪比下的性能及整形强度的容忍度进行了仿真分析。结果表明,所提算法能够应对不同的概率整形强度,在较大的信噪比范围内均能完成良好的偏振解复用。相较于用于标准信号的恒模算法,所提算法并不会受到整形强度的影响,并且随着整形强度的增加,系统的性能有所提升。

大波特率、高阶调制格式信号的广泛应用使相干光通信系统对收发机中存在的硬件损伤更加敏感,因此迫切需要相应的损伤估计方法。提出了一种新的基于数字信号处理的收发机损伤联合估计方案,该方案可同时监测因光发射机和光接收机硬件不完美引起的光信号同相/正交(IQ)分量幅度、相位不平衡和时钟偏移。该方案首先使用Godard定时误差检测器和施密特正交化法估计并补偿了接收机损伤;接着使用最大似然的独立成分分析法和级联的判决引导最小均方(DDLMS)算法分别实现了对发射机损伤不敏感的偏振解复用和载波相位恢复;最后从DDLMS的抽头系数中估计出发射机损伤。得益于对发射端IQ不敏感的偏振解复用和载波相位恢复,该方案实现了宽范围的损伤监测。仿真结果表明,与传统数字信号处理方案相比,所提方案对发射端幅度、相位不平衡的估计范围分别提升了约100%和33%。

设计了一种基于纳米线波导和一维光子晶体纳米梁腔的模分-波分混合解复用器,该器件由波分解复用(WDM)和模分解复用(MDM)两部分组成。其中,波分解复用部分由两个一维光子晶体纳米梁腔构成,模分解复用部分采用硅基纳米线波导结构。利用三维时域有限差分法,计算分析了该混合解复用器的性能参数。结果表明,该器件可以在波长1570.0 nm和1573.2 nm处实现基模(TE0)和一阶模(TE1)四个信道的解复用功能,插入损耗小于0.37 dB,信道串扰小于-18.4 dB,自由光谱范围可以达到400 nm。该混合解复用器可以应用于模分-粗波分复用系统中。