提出一种高平坦宽带光学频率梳（OFC）信号产生方案，对高平坦、宽带电光频梳信号产生机理与方法开展了理论研究与仿真分析。在仿真分析中，利用双驱动马赫-曾德尔调制器产生光频梳信号，利用相位调制器进一步提升梳状线的数量，最后通过联合优化马赫-曾德尔调制器的驱动信号功率和直流偏置电压来提高平坦度。仿真结果显示，该方案可产生带宽为1.08 THz的宽带光频梳信号，音噪比（TNR）达到60 dB、平坦度达到0.5 dB。将所提方案应用于光载太赫兹通信系统，通过仿真验证了单通道及多通道16阶正交幅度调制（16QAM）太赫兹信号在背对背（BTB）或10 km光纤传输情况下的传输性能。结果表明，上述每种情况下的误码率都低于前向纠错码的阈值。

针对传统基于导频信号的外调制测距方法精度不高的问题，提出了一种基于开关电路偏压控制模块的相位激光测距方法。首先，分析了传统测距方法测距精度不高的原因；然后，设计了基于开关电路的偏压控制模块，以此改变传统测距方法在射频端同时输入粗尺信号和精尺信号的方式，在马赫-曾德尔调制器(MZM)的偏置电压输入端、射频端分别输入粗尺信号、精尺信号，同时实现偏压控制和激光测距。实验结果表明：在距离80 cm处进行500次测量时，测距系统相位差的重复性为±0.150 4°，对应的测距精度为±0.026 1 cm。

为提高光载无线(radio over fiber, ROF)中光生毫米波的倍频系数及降低系统的复杂度, 提出了一种基于级联双驱动马赫曾德尔调制器(dual-drive Mach-Zehnder modulator, DMZM)与高非线性光纤(highly nonlinear fiber, HNLF)相结合的24倍频毫米波光载无线通信系统; 通过调节参数使两个调制器均工作在最大偏置点, 产生频谱纯净的四阶光边带, 采用单边带调制的方式将数据信号加载到4阶边带而后两边带耦合传输, 经过HNLF的四波混频效应后滤波得到12阶光边带, 最终由光电探测器(photo detector, PD)拍频生成高质量的24倍频毫米波信号。此外, 分析了HNLF的长度、入纤光功率以及标准线性光纤对系统性能的影响, 仿真结果表明, 当系统处于无差错传输时, 背靠背(back-to-back, BTB)传输与经30 km光纤传输后的功率代价为2.5 dB。该方案结构简单、成本低廉、倍频系数高, 为微波光子学的发展提供了一种新途径。

提出了一种可重构双输出微波光子变频器，该变频器可以实现上变频、下变频和同相/正交（I/Q）上变频。通过改变偏振复用‐双平行马赫曾德尔调制器的驱动信号，可以重构生成上、下变频信号以及上变频的上、下边带信号或矢量信号，且能同时单独输出两路变频信号。利用偏振控制器在正交偏振方向上巧妙地消除了本振信号的正/负一阶光边带，避免了滤波器的使用，进而实现了频率的大范围可调谐。仿真结果表明：所提变频器可在1~59 GHz带宽范围内单独输出两路任意频率的信号，杂散边带抑制比大于30 dB；加载I/Q基带信号可以进行I/Q上变频，生成两路高频64阶正交振幅调制（64QAM）矢量信号，误差矢量幅度小于3.5%。所提变频方案能消除光纤色散引起的功率周期性衰落效应，系统的无杂散动态范围为107.1 dB·Hz^2/3。此外，分析了直流偏置电压漂移、电移相器相位不平衡、偏振控制器偏振漂移等非理想因素对变频器性能的影响。

基于纳米薄膜铌酸锂与氮化硅复合波导结构, 构建了光电子可逆逻辑门, 应用于神经形态光子学和量子计算。该光电子可逆逻辑门的主体由两个马赫-曾德尔调制器级联而成, 结构紧凑, 全长仅为4.4mm, 是普通质子交换铌酸锂调制器长度的百分之一。工作在1.55μm 波长时, 该马赫-曾德尔调制器仅需4.9V电压就可以实现一次完整的功率交换, 很好地与CMOS工艺相兼容。器件特性研究表明, 该光电子可逆逻辑门能够实现可逆逻辑运算功能。此外, 该器件在1.4~1.6μm波长范围内, 插入损耗均值为0.6dB, 输出端口的最小串扰为-47dB, 消光比的最大值为41dB; 在4~6V电压范围内, 插入损耗均值为0.63dB, 输出端口的最小串扰为-26dB, 消光比的最大值为22dB, 显示出了良好的响应特性。

针对硅基单端推挽调制器的pn结结电容大、调制效率低的问题，设计出一种基于异型掺杂和槽波导结构的硅基调制器。通过槽波导结构和L型掺杂增大了耗尽区与光场相互作用，与传统脊波导相比，在相同调制效率下，槽波导的结电容降低了24%，带宽提高了32%。采用T型轨道的电极实现阻抗和折射率的匹配，4 V偏压下调制带宽达到42 GHz，实现了峰峰值电压V_pp=2 V驱动下70 Gbit/s的OOK信号调制，眼图消光比达5.2 dB。

灵活光发射机可根据不同应用场景需求软定义信号的调制格式，从而进一步优化光信号的传输性能。本文提出了一种基于双平行马赫-曾德尔调制器（MZM）和单MZM级联的灵活高阶正交幅度调制（QAM）光发射机方案，理论分析了圆形16QAM、4幅4相16QAM、圆形32QAM以及4幅8相32QAM光信号产生与自适应切换的原理与方法。在虚路径标识符（VPI）仿真环境下，分别验证了上述4种信号在5 Gbaud和10 Gbaud调制速率下的产生和传输性能。结果表明，通过灵活配置发射机的驱动信号（二进制或四进制）与直流偏置电压，可实现8/16/32QAM信号间的自由切换，同时，生成的上述4种信号经一定长度单模光纤传输后具有良好的信噪比。

提出了一种基于双驱动马赫-曾德尔调制器（DD-MZM）的激光测距技术。通过对DD-MZM的单路进行调制可产生测距用的类双频光源，DD-MZM中两路光的时间延迟差很小，可有效抑制两路光拍频信号的强度噪声。为了进一步抑制由温度变化造成的两路光的相位差噪声，通过实时反馈控制DD-MZM的直流输入端，补偿了两路的相位差。首先基于光场传输函数建立了测距理论模型，分析了相位反馈控制的机理；然后基于理论模型搭建了测距系统，采用降频法采样信号；最后利用相位法反演出距离值。结果显示，在动态控制相位差后，系统相位差的长期漂移抑制比可达11 dB，距离测量的稳定度达到0.4 μm。该方案有利于提高激光测距系统的稳定性和集成度。

为了实现多通道的微波光子下变频, 提高变频链路性能, 提出一种使用单个集成调制器实现的微波光子下变频方案, 该方案利用偏振复用特性实现双通道下变频功能。仿真与实验结果表明: 当子调制器设置在最小传输点时, 可实现载波抑制双边带调制, 光载波抑制比达到29 dB；双通道分别独立地将射频信号下变频转换为中频信号, 杂散抑制比达30 dB左右, 2个通道的无杂散动态范围(SFDR)分别达到110.4 dB·Hz2/3、113.4 dB·Hz2/3。