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作为上层网络业务的承载者,光纤通信网络必须不断提升网络容量、改进网络架构以应对日益增长的带宽需求和业务种类。网络容量的提升主要依靠更高的信号波特率,更高阶的调制格式及更复杂的复用方式来实现。上层业务的增多也驱使着光网络从单一的信息传输管道向多功能多层次的灵活光网络(Flexible Optical Network,FON)演进。面对网络特征的变化,传统基于光电转换技术的信号处理技术存在速率瓶颈、格式不透明、转换效率低及成本昂贵等问题。全光信号处理技术有效地避免了传统基于光电转换信号处理技术的诸多问题,是未来全光FON实现的重要支撑力量。相位敏感放大器(Phase-sensitive Amplifier,PSA)技术以其独特的相位敏感特性成为光矢量信号处理的有力工具。基于PSA的诸多全光矢量信号处理技术如矢量信号再生、调制格式转换、低噪放大、全光相位量化,全光正交分解等近年来被国内外众多研究机构提出并研究,具有广泛的应用前景。本论文主要针对基于相敏放大的全光矢量信号处理关键技术展开研究,主要的研究工作及创新点有:1、提出了一种基于PSA的正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)向二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)的格式转换系统方案,实现了信号一对一转换的同时保证了原始信息的完整性。针对输入光信噪比(Optical Signal-to-Noise Ratio,OSNR)为15 dB的QPSK信号,误码率(Bit Error Rate,BER)为10-3时,转换得到的BPSK信号的接收OSNR比QPSK改善了3.2 dB。该系统可有效改善信号的BER性能,从而延长信号的有效传输距离,可广泛应用于传输链路质量突然恶化、不同光网络间节点及软件定义收发系统等场景。2、提出了一种基于PSA的可重构全光节点系统方案。该系统具有二维矢量再生与格式转换复合功能。针对输入的携带有噪声的QPSK信号,该节点可选择输出二维再生之后的QPSK信号或是再生之后的PAM4信号。针对输入OSNR为15 dB的QPSK信号,在BER为10-3时,与输入QPSK信号相比,再生之后的QPSK信号的接收OSNR改善了 2 dB,转换之后的PAM4信号接收OSNR改善了 1.3 dB。该节点可应用于长距离传输网络的中间节点或长距与短距光网络的中间节点。3、提出了一种针对光矢量信号的正交分解系统,并在HNLF与SOA两种光学介质中进行了仿真验证。该系统可实现基于单个PSA结构同时提取出输入光矢量信号的同相与正交分量,且提取后的同相与正交分量的波长和偏振状态与输入光矢量保持一致。同时仿真验证了针对方形QAM信号的分解,16/32/64 QAM信号分别被分解成了两路PAM4/PAM6/PAM8信号。该系统可作为基本功能单元,应用于未来灵活光网络对光矢量信号的全光灵活控制与处理之中。