随着人工智能、机器学习、物联网、增强现实、虚拟现实等技术的发展,互联网流量持续指数激增。以数据中心为核心的中短距光互连正面临着数据业务爆炸式增长带来的扩容挑战,以太网迈向400GE/800GE时代。目前,短距光互连系统普遍采用PAM4调制格式,单通道传输速率为100Gb/s。在进一步扩容时,传统强度调制和直接检测（Intensity modulation/Direct detection,IM/DD）技术将受到器件带宽、成本、色散、灵敏度和功率预算的掣肘。相干光通信技术结合高性能数字信号处理（Digital signal processing,DSP）技术具有极高灵敏度,能显著提高单信道传输容量,相干技术向中短距下沉已成为业内普遍认同的趋势。但是由于传统相干光通信的高成本与高功耗,如何保持相干光通信性能优势的同时降低短距相干光互连的成本与功耗,一直是一个亟待解决的难题。针对此痛点,本论文从降低器件性能要求,降低成本和简化DSP复杂度,减小功耗两个角度出发,仿真分析了相干光通信在400GE和800GE中短距光互连中应用的前景,主要研究工作和创新点如下:（1）在简化DSP,降低复杂度,减小功耗方面,本文采用自零差相干光通信系统。相比于传统高速相干系统需要采用复杂、高成本的可调谐激光器以及精密的温控机制,同源自零差相干传输系统只包含一个激光器,一定程度上降低了成本。此外,本振端与发射端采用同一个激光器,DSP算法中不再需要频偏恢复算法,有效降低了未来数据中心光互连系统的尺寸和功耗。（2）在降低器件性能要求,降低成本方面,借助仿真手段对400G、800G自零差相干光通信系统中的器件性能要求进行验证,同时对系统中调制器和探测器的带宽进行了预测。其中,400GE和800GE系统分别采用PDM-16QAM、PDM-64QAM高阶调制格式,证明在短距光互连系统中,可采用宽线宽激光器代替窄线宽激光器,同时可以降低对调制器及探测器的带宽要求。此外,在确定激光器线宽、调制器与探测器条件下,对400G、800G传输系统中发射光功率、接收光功率、光信噪比、发射端与接收端IQ不平衡、传输距离、最大传输容量等参数进行一系列仿真,验证了该自零差传输系统的有效性。本文采用自零差相干光互连系统,在较低的DSP算法复杂度下,采用低成本光电器件,验证了低复杂度、低成本、低功耗相干光通信技术在400GE/800GE中短距光互连系统中应用的可能性。该技术的应用将有效降低未来数据中心光互连系统的尺寸、功耗以及每比特的传输成本,为新一代Tbit短距光互连提供了大容量低成本的解决方案。