相位敏感放大器(Phase Sensitive Amplifier,PSA)具有独特的相位选择特性,以其高增益,极低的噪声指数(理论上OdB),速度快,带宽宽的特点,在相位再生领域受到了越来越多的关注,尤其是对于相位调制信号,PSA在对信号功率进行放大的同时,可以实现信号的再生,弥补了相位不敏感放大器无法实现相位再生的缺陷。然而,现有的相位敏感放大器在相位再生的同时常常将部分相位噪声转换成幅度噪声,在之后的传输中,由于高登米勒(Gordon-Mollenauer,G-M)效应,幅度噪声又会转换成相位噪声,影响信号的质量。本文针对现有相位敏感放大器的上述问题,对马赫增德尔干涉仪结构进行改进,设计出一种幅度和相位同时再生的相位敏感放大器。本文的研究成果主要包括以下几个方面:首先,对四波混频效应(Four-Wave Mixing Effects)进行了理论推导,分析四波混频效应的原理,产生机制和相位失配理论,重点研究了四波混频效率的影响因素,得出光波间的频谱间隔,光纤的长度,工作波长,色散系数和衰减系数等是影响四波混频效率的主要因素,并根据理论推导提出了选择适合的频谱间隔和光纤长度,工作波长选择在光纤的零色散区间,自相位调制补偿和采用多次级联的四波混频等五种提高四波混频效率的方法。其次,本文对基于四波混频效应的相位敏感放大技术进行了深入的研究。本文首先借助于电磁场理论,对基于四波混频效应的相位敏感放大技术进行了理论的推导,并结合Matlab仿真,分析现有的相位敏感放大技术中存在的问题,问题的原因以及未来的发展瓶颈;接下来针对现有的相位敏感放大技术在相位再生的同时引入幅度噪声的问题,本文提出了一种可同时实现相位和幅度再生的相位敏感放大技术,并从理论推导和Matlab仿真两个角度验证了该设想的正确性,并基于该设想设计出一种改进的马赫增德尔干涉仪的相位敏感放大器(Modified Mach-Zehnder Interferometer Phase Sensitive Amplifier, MMZI-PSA)。最后,搭建仿真平台,从仿真角度验证该设想的可行性,以及改进的马赫增德尔干涉仪的相位敏感放大器结构的再生性能。为了更好的说明MMZI-PSA的再生特性,本文将该结构与传统的四波混频效应相位敏感放大器(Four-Wave Mixing Phase Sensitive Amplifier,FWM-PSA)进行对比,比较两套再生系统在不同的噪声环境下的再生信号的星座图,误码率和误差矢量幅度等再生性能。在信噪比为13dB的情况下,与FWM-PSA系统相比,小噪声环境下,MMZI-PSA系统的误码率比FWM-PSA系统改善了 44%,误差矢量幅度的改善了 10%;大信号情况下,MMZI-PSA系统的误码率改善了 48%,误差矢量幅度的改善了 16%。无论是在星座图,误码率还是误差矢量幅度等方面,MMZI-PSA系统的再生性能均优于FWM-PSA系统。MMZI-PSA系统能够在相位再生的同时有效的抑制幅度噪声,解决了现有相位敏感放大器在相位再生的同时引入幅度噪声的缺陷。上述研究成果为全光相位敏感放大技术的研究和应用提供了新的思路,这对于以后全光网络朝向更高速,高容量的方向发展具有更大的推动作用。