光接入网是实现“宽带中国”战略的重要支撑技术。作为下一代光纤接入的两项重要技术,低成本的无源光网络(PON)和实现高速无线接入的光载射频(RoF)系统在推动“宽带中国”战略进展中具有不可替代的作用,应用前景广阔。在下一代光接入网中,波分复用无源光网络(WDM PON)具有对数据格式和速率透明、可有效兼容其他光接入技术等特点,是最引人注目的下一代无源光网络(NG PON)技术。其中WDM PON的无色化(又称波长自适应性)技术可以有效提升带宽的利用率并促进波长资源的灵活分配,降低部署成本,成为推动WDM PON商用化的研究热点。基于反射型半导体光放大器(RSOA)的无色化方案具有工作波长窗口大,传输容量潜力大,可有效节省波长资源等优势,成为实现高效、低成本WDM PON的关键技术之一。基于RoF的接入技术兼有光纤通信的大容量和无线接入的灵活性等优点,有望成为下一代光接入网中解决融合接入的关键技术之一。其中毫米波波段的射频信号的产生和频率转换仍是难点。而基于半导体光放大器(SOA)的光生毫米波和光射频信号的频率转换方案具有转化效率高、输出增益高、体积小易集成等优势,有望解决下一代光接入网中毫米波的产生与变频等技术难题。围绕下一代光接入网的上述技术难题,论文作者作为主研人,参加了国家自然科学基金项目“基于RSOA的光射频信号处理的机理研究与实验验证”和“基于SOA和MZI的全光信号处理技术的研究”,利用实验室接入网创新实验平台和VPI仿真软件,以RSOA调制原理和SOA的非线性光信号处理机制为核心,对下一代光接入网中的无色光网络单元(Colorless ONU)技术、光生毫米波和光射频信号的频率转换技术进行了理论和实验研究。论文的主要创新工作如下：(1)从测试RSOA的关键特性出发,建立了窄线宽注入、低速的RSOA理论模型,并结合实测数据验证和优化了该模型,定量分析了ROSA的关键参数对其调制性能的影响,为设计基于RSOA的无色ONU方案提供真实可信的理论和实验基础。(2)建立了全双工、单纤双向WDM PON中光纤后向瑞利散射的模型。提出了RSOA与迈克尔逊干涉仪(MI)以及RSOA与延时干涉仪(DI)相结合的两种无色ONU方案,根据射频调制和干涉仪的干涉特性,在上下行信号的载波频率间产生一个频率偏移,降低光纤后向瑞利散射造成的串扰。仿真结果表明,在上行链路采用光载波抑制信号的方案比采用单边带调制的方案,在BER=10-9时,上下行链路的接收光功率分别提高了～2dB和～6dB。(3)提出了一种在无色ONU中基于脉冲位置调制(PPM)的上下行信号串扰抑制方案,并通过理论分析和实验验证了方案。提出了PPM和双二进制(Duobinary)编码相结合的WDM PON下行链路编码方案,在抑制上下行信号间的串扰的基础上,克服了因PPM导致的下行链路频谱效率降低的问题。实验结果表明在上下行速率分别为lOGbit/s和1.25Gbit/s,下行信号消光比为6dB时,采用4PPM的系统比采用非归零码(NRZ)的系统,在BER=10-9时,上下行链路的接收光功率分别提高了～3dB和～2.4dB。(4)提出了一种基于RSOA和基带正交频分复用(OFDM)调制的无色ONU方案,提高RSOA的调制速率。搭建了仿真并计算了RSOA注入光功率、偏置电流等关键参数的最佳工作区间。仿真结果表明该方案可将RSOA的调制速率拓展到10Gbit/s。 lOGbit/s基带信号经过16QAM的OFDM调制后,可传输超过40km,功率代价小于-2.4dB@BER=10-6。(5)提出了一种基于双泵浦SOA中非简并四波混频(FWM)效应的光生毫米波和OFDM信号上变频方案,推导了SOA中非简并FWM过程和相干解调产生电毫米波的解析表达式。仿真结果表明,此方案对数据格式透明,可实现～60GHz的毫米波信号的产生和OFDM信号的上变频,目标频率由两泵浦波间的频率间隔决定,控制方便,同时可以转换多路射频信号,适用于下一代光接入网中高质量毫米波信号的产生和光射频信号的频率转换。