目前，光纤通信网络巨大增加，对光纤信道容量的有效的利用提出更高的需求。在中国，基于双偏振四相相移键控(DP-QPSK)调制技术和相干接收的单载波100Gbit/s系统已经测试成功，400Gbit/s将会是下一个超100G长途光纤传输的目标。光OFDM的多载波并行处理技术在超高速传输系统中具有极大的优势，而全光OFDM（AO-OFDM）技术因其利用全光学器件实现反快速傅里叶变换及快速傅里叶变换（IFFT/FFT）操作而被广泛关注。它不仅克服了高速处理下器件电子处理速率的限制，而且也大大降低了系统的能耗。论文对AO-OFDM系统进行仿真分析、技术改进和新型应用。概况全文，主要研究内容有如下几个方面：(1)仿真了400Gb/s基于DP-QPSK调制和相干解调技术的AO-OFDM系统。该系统单个子载波实现100Gb/s DP-QPSK调制，系统实现的频谱利用率（SE）为2.7bit/s/Hz。该系统较相同配置条件下的DWDM系统，在实现BER=10-3时，拥有较低的OSNR，系统敏感性较高。光纤传输中，系统受非线性效应影响有1.5dB功率代价。同时，中心通道受到较大的载波间干扰。随着入纤光功率的增大，系统受到光纤非线性效应的影响接收敏感性明显降低，长途传输中，当入纤光功率高时，光纤的非线性效应导致系统性能恶化，同时非线性噪声也会带来系统一定程度的恶化。非线性kerr效应在系统功率较高时将是系统传输性能的主要限制因素。(2)基于载波抑制光源的AO-OFDM系统在双偏振传输系统中表现出了良好的性能，突出的特点是对偏振失配有很好的容忍度，同时对色散和非线性效应的作用拥有一定容限的提升。这一改进的系统具有了较高的接收敏感性。(3)基于预编码技术，仿真了16×10Gb/s的全光OFDM系统。系统在采用预编码技术条件下，很好的改进发射端AO-OFDM信号的PAPR特性，提高系统的传输系统。采用3B4B预编码使PAPR下降了1.9dB，系统Q值提高2，并且传输功率容限提高3.8mW。(4)使用Nyquist脉冲整形技术可以改进光源的频谱特征，在滤波操作中信号受到的影响减小，从而改进信号的传输性能。这一作用对多用户网络很有好处，在多用户情况下，能够尽量保证各个用户的性能稳定。(5)提出了中基于AO-OFDM技术的PON架构。通过仿真提出的基于AO-OFDM-PON架构，我们实现了系统上下行传输，最大下行容量40G/s，同时，也设计并实现了系统的ONU单元内部和ONU单元间的数据互通业务，仿真结果验证了系统的可行性。该架构不仅可以实现ONU端的各项业务动态带宽的分配，而且最大优势是优化ONU端短脉冲光源的分布，甚至可以共用光源，这样降低了运营商的配置和供货补给，降低成本。应对基于云网络的VPN应用，该技术也更好的实现了ONU的互通业务。