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光时分复用(OTDM)与密集波分复用(DWDM)传输技术是增加光通信系统容量的两个主要途径,可以充分利用各自的优点,构筑未来高速、大容量光通信网络。论文结合国家自然科学基金重点项目“高速光通信系统中的偏振模色散补偿及其相关技术与基础研究”(No.60437010)和国家863计划项目“160Gbit／s一泵多纤光传输技术的研究”(No.2007AA012258)的实施,针对高速OTDM系统的关键技术：新型调制码型、160Gbit／s OTDM所需的超短脉冲源及光时分复用器、单信道160Gbit／s传输的色散和带内非线性效应、接收端的解复用和时钟恢复等进行了深入分析和探讨,主要创新性研究工作体现在：(1)采用应力调节装置制作了性能稳定的窄带光纤布拉格光栅(NFBG),利用NFBG获得了10Gbit／s的残留边带归零调制码型(VSB-RZ)。通过在实验室的WDM光路交换实验网平台上进行了10Gbit／s的RZ与VSB-RZ在155km单模光纤(SMF)上的传输,验证了所获得的VSB-RZ码型的可行性。(2)建立了基于低速率超短脉冲源复用产生高速率OTDM信号的理论模型,基于此模型分析了10GHz脉冲源的消光比、光信噪比及光时分复用器的非理想性对160Gbit／s OTDM信号性能的影响。对OTDM传输系统的优化和改进具有理论指导作用。(3)理论分析了光纤色散、带内四波混频和带内交叉相位调制对单信道160Gbit／s信号传输性能的影响。并给出色散及色散斜率补偿的方式及对应的实验结果。(4)提出了两种可以同时完成对160Gbit／s OTDM信号进行时钟提取及解复用为10Gbit／s信号的方案：a.采用两个电吸收调制器(EAM)级联和10Gbit／s的时钟数据恢复单元(CDRU)形成的反馈环路；b.采用EAM、40Gbit／s的电时分解复用器和时钟恢复模块形成的反馈环路。实验证明两种方案结构简单、经济,能提取出稳定的时钟信号。(5)建立了160Gbit／s OTDM信号传输100km的实验系统,误码率为10-9量级时的功率代价为3.5dB。在此基础上进一步完成了2×80Gbit／s和2×160Gbit／s光偏振／时分复用信号的传输实验,误码率为10-6量级时的功率代价分别为0.6dB和1.5dB。