频率锁定的多载波是一种子载波间隔固定的光源,又称为光频梳。随着全球互联网数据的爆炸性增长,针对高速率、大容量、长距离的光纤通信系统的研究迫在眉睫。其中利用高阶调制格式和复用方式结合的技术手段已成为非常有效的解决方案。传统的多信道光源为激光器阵列,但这存在载波不易协调同步、成本较高等缺点,因此光频梳技术自出现后就被迅速引入到超高速光纤通信系统中,并已有一系列的实验报道取得了举世瞩目的成果,成功地将光纤通信速率从Gb/s提升到Tb/s甚至Pb/s。除此之外光频梳在微波光子学、精密测量、光信号处理等方面均有非常广阔的应用前景。常用的基于单激光器的光频梳的产生方案主要包括以下几类：1、基于单个／级联调制器的方案；2、基于锁模激光器的方案；3、基于循环频移器的方案；4、基于非线性效应的方案。由于基于调制器级联的光频梳产生方案具有装置较为简单、载波相位相关、载波稳定性高等优点,利用此方案产生的光频梳在实现超短脉冲、任意波形发生器、信道接收机等应用方面层出不穷,因此本文针对这种光频梳产生方案进行了探讨。同时基于循环频移器的光频梳发生器产生的载波具有数目较多、载波间隔可调、平坦度高、射频电压低等优点,在高速光纤通信系统中经常作为种子光源,因此本文中也针对这种产生方案进行了研究。本文的主要工作包括以下几个部分：1、阐述了光纤通信的发展历程及发展趋势,介绍了常用的光频梳产生方式及各自优缺点。2、理论分析了基于强度调制器和相位调制器级联产生光频梳的原理,介绍了其中所用到的关键器件。理论分析了基于单边带调制的循环频移器产生光频梳的原理,分析了系统中涉及到的关键器件工作原理。3、理论分析了影响基于调制器级联的光频梳平坦度的因素,并提出新的结构将光频梳的不平坦度由5.5dB提升至0.5dB。此外分析了掺铒光纤放大器(EDFA)中自发辐射噪声(ASE)对光频梳载噪比的影响,提出利用光时延滤波器抑制光频梳噪声提高光频梳载噪比的方案。搭建了基于光频梳的Nyquist-16QAM传输系统,验证了上述方案在提升光频梳载噪比方面的有效性。4、理论分析了激光器线宽和光带通滤波器对光频梳平坦度的影响,并通过仿真和实验验证上述理论分析结果的正确性,给出选择激光器和带通滤波器的指标。此外理论分析了激光器线宽和EDFA对光频梳载噪比的影响,并通过仿真和实验验证上述理论分析结果的正确性,给出选择激光器和ED FA的指标。5、针对光频梳在任意波形产生方面的应用进行了简单介绍。首先阐述了不利用可以对光频梳每条载波的幅度和相位进行调制的相关器件,而是通过调整电光调制器上加载射频源的参数实现特定波形产生的方案。随后介绍了利用傅里叶变换整形、空间调制器整形等技术手段实现任意波形发生的原理及可行性。综上所述,本文从影响光频梳平坦度和载噪比的性能指标方面入手,介绍了基于调制器级联产生方案中影响光频梳平坦度和载噪比的因素,并分别给出相应的改进方案提高对应的载波性能指标。介绍了基于循环频移器的光频梳产生方案中相关器件影响载波性能的原理并通过仿真和实验进行验证,给出一定指标下选择上述器件的标准。最后针对光频梳的应用进行了简单的阐述介绍。上述研究对高质量的光频梳产生及应用具有一定的指导意义。