相干激光通信具有高速率及传输距离长等优势，在星间激光通信中占有重要的地位。相干光通信系统充分利用了光的强度、相位、频率和偏振等信息，不仅能提高频带利用的效率，同时还能够延长光通信中继距离。四相相移键控（QPSK）调制与解调作为一种多进制调制方式，可以大幅度地提升频谱资源的利用率。本文针对相干光激光通信的QPSK调制与解调响应速率的问题，提出了一种改进型的科斯塔斯（Costas）环，实验验证了完整的QPSK调制与解调系统，同时验证了改进型Costas环的性能可行性。

实验研究了一种采用单个激光源和一个双极化马赫-曾德尔调制器(MZM)产生两路不同频率光射频信号的矢量系统。通过光副载波复用,采用一个调制器和一个光载波即可将两路四相相移键控(QPSK)射频信号加载到两个不同频率的光副载波上,采用偏振复用克服不同频率光信号的串扰,实现了80 km单模光纤(SMF)的高质量信号传输。实验表明,单边带调制格式下,15 GHz和30 GHz的QPSK信号分别经双极化MZM调制,并经80 km SMF传输后,15 GHz的QPSK信号的传输性能表现更优,当光电检测器(PD)的输入功率高于-10.2 dBm时,其解调后的系统误码率(BER)低于3.8×10 -3。系统结构简单,复杂度低,使用的电、光器件少,有效地降低了成本,在未来接入网中发挥了巨大的作用。

提出了一种采用单个光调制器生成多路无线和有线信号的系统方案,并成功实现了两路5 Gbaud四相相移键控(QPSK)无线信号和一路5 Gb/s二进制振幅开关键控(OOK)基带信号在80 km单模光纤(SMF)中的有效传输。利用双极化马赫-曾德尔调制器(DP-MZM)、功率耦合器、光滤波器等器件,实现了经济高效、结构简单的多路无线、有线双重服务,减小了信号间干扰、光纤色散走离效应等因素的影响,避免了传输距离的限制,提高了系统的可靠性。实验结果表明,5 Gb/s OOK基带有线信号经80 km SMF传输后的功率代价仅为1 dB,承载5 Gbaud QPSK的15 GHz和30 GHz信号经80 km SMF传输后的功率代价分别为2 dB和4 dB。

文章介绍了基于31.786 Gbaud/s 光收发模块实现的32×100 Gbit/s信号速率、2 080 km标准单模光纤的实时相干光传输试验, 信号采用PM-QPSK(偏振复用四相相移键控)调制格式。信号光源为单个激光器产生的32路波分复用子光载波, 频率间隔为32 GHz, 频谱效率达到3.11 bit/s/Hz。信号传输2 080 km后, 采用20%的FEC(前向纠错)编码时, Q值仍有1.2 dB的余量。此外, 还研究了光滤波器带宽与OSNR(光信噪比)代价的关系。25 h挂机试验结果显示, 信号接收纠错前误码率在1E-2以下, 表明该传输系统稳定可靠。该系统为国内首个单光源3.2 Tbit/s实时传输试验系统,对提升现有100 Gbit/s商用光纤传输系统的传输效率有较大的指导意义。

由90°光混频器和光电探测器阵列组成的相干接收机是相干光通信系统的核心组件。当前相干接收机的发展关键是如何通过提高器件的集成度来实现低成本、高效益。文章介绍了怎样将低成本的聚合物平面光波导工艺用于制备两种不同类型的90°光混频器, 并通过45°反射镜实现了与背向入射式III-V族光电探测器阵列的混合集成。实验结果表明, 这两种相干接收机不仅集成度高而且性能良好。

AO-OFDM (全光正交频分复用) 技术是利用光处理方式实现多载波和OIDFT (光离散傅里叶逆变换)/ ODFT (光离散傅里叶变换)，其优势在于能提高处理速率、降低能量消耗。文章结合AO-OFDM技术和单通道100 Gbit/s DP-QPSK (双偏振四相相移键控) 高阶调制技术，实现了谱效率达到2.7 bit/s/Hz 的400 Gbit/s 高速传输系统, 在色散完全补偿情况下，实现了最大SEDP (谱效率-距离积重)为3 564 km·bit/s/Hz的传输，并利用插入12.5%循环前缀的方式，使得系统色散容限达到70 ps/nm。实验结果表明，采用AO-OFDM技术的系统具有优良的传输性能，可以作为下一代400 Gbit/s高速传输系统实际应用的方案。

由于调制光信号质量的好坏影响到传输和接收信号质量的好坏，因此对100 Gbit/s系统中的数字光信号的测量与分析十分重要。文章对100 Gbit/s transponder中调制光信号的生成原理进行了分析，对数字光信号测试中的OSNR(光信噪比)、EVM(误差矢量幅值)和星座图等几个参数进行了必要的理论探讨。同时也分析了各种QPSK(四相相移键控)信号星座图的图形，为使用调制器分析问题提供了有效参考。

文章介绍了40 Gbit/s DP-QPSK(双极化四相相移键控)模块的调制技术、相干接收技术和总体方案设计以及在模块中需要解决的关键问题。利用DP-QPSK调制技术和相干接收技术，实现了40 Gbit/s光系统的长距离传输。40 Gbit/s DP-QPSK具有很高的光谱效率以及较大的色散和偏振模色散容限，可以更好地提高线路利用率，提高密集波分复用系统的光谱效率。

利用偏振复用四相相移键控(PM-QPSK)调制技术和相干检测技术，实现40/100 Gb/s光模块的长距离传输。基于相干检测的偏振复用四相相移键控调制格式是40/100 Gb/s长距离传输的主要研究方向，与直接检测系统相比，相干检测具有更高的频谱效率。现有的相干检测是基于高速模数转换器（ADC）的快速发展，ADC对混频后的基带信号采样，通过数字信号处理（DSP）芯片数字均衡的方式完成相干接收。数字信号处理芯片数字均衡的方式可以实现定时恢复、信号恢复、偏振和偏振模色散(PMD)跟踪，以及色散补偿。

Novel optical offset quadrature phase shift keying (OQPSK) and improved minimum-shift keying (MSK) modulation schemes to smooth optical phase hopping for high speed fiber optics transmission are proposed. Simulations have been done among the MSK, OQPSK, quadrature phase shift keying (QPSK), and binary phase-shift keying (BPSK) modulation formats at 40 Gb/s over 100-km transmission link using coherent detection. Simulation results present good performances to elevate chromatic dispersion tolerance and reduce the influence of nonlinear effects by adopting the smooth phase modulation formats. Inter-symbol interference decreases for the fast side-lobe property and tight spectrum as a result of avoding the π phase shift and reducing envelop fluctuation.