当今社会正处于信息传输技术急剧发展的时代，随着超清网络视频会议、云计算/云存储、虚拟现实应用等新一代宽带多媒体业务的不断涌现，接入网带宽需求量以平均每5年为一个数量级的趋势增长，目前正朝向百吉比特容量发展。
　　传统的时分复用无源光网络已经无法满足百吉比特高速带宽的需求，由于波分复用和空分复用技术具有实现大容量传输方面的独特优势，受到了国内外科研机构和运营商的青睐。从现有的百吉比特无源光网络系统实用化发展进程来看，波分、空分复用技术仍存在一些急需解决的关键技术问题，包括插/分（Add/Drop）复用模块的集成、灵活的多波长光源设计、光网络单元（ONU）无色化技术和高效灵活的系统结构设计及优化等。本文对基于波分空分复用无源光网络系统的部分关键技术进行了专门研究，目标是满足未来接入网应用需求，实现无源光网络传输速率高速化、波长管理灵活化、系统结构高效集成化，具体包括以下几方面：
　　针对目前插/分复用模块不易于集成的问题，提出了一种基于可集成硅基偏振分集（Polar-D）微环谐振器的高效插/分复用技术方法，同时解决了传统集成器件对输入光偏振态敏感的问题。重点研究了Polar-D微环谐振器的传输特性和偏振不相关特性，在此基础上搭建了波分复用实验平台，成功实现了偏振不敏感的插/分复用功能，该方法有利于实现波分空分复用无源光网络系统高效集成。
　　针对光线路终端（OLT）中采用多个激光光源导致系统体积变大、波长管理困难的问题，提出了一种基于电光调制与自相位调制相结合的灵活光频梳技术方法。利用连续激光器、级联的电光调制器和平坦色散高非线性光纤等设备搭建了实验平台，实现了中心波长调谐范围为1535nm至1564nm、频率间隔调谐范围为25GHz至40GHz、30dB带宽最大可达164nm的光频梳。该方法可有效降低激光器的使用数量，有利于简化波分空分复用无源光网络结构，提高波长配置灵活性。
　　针对目前无色ONU方法存在频谱效率低、传输速率提升困难及抗后向瑞利散射噪声差的问题，提出了一种采用低芯间串扰多芯光纤的高速ONU无色化方法。采用多芯光纤中一个纤芯作为专用通道，将OLT端的光载波传输至ONU端并作为其种子光源，实现了无激光器的无色ONU。OLT负责管理系统所有的波长，提高了光网络的灵活性。利用4路激光器与低串扰的七芯光纤等设备进行了实验研究，结果表明，该方法可有效抑制后向瑞利散射噪声，能够显著提升波分-空分复用无源光网络系统传输容量，同时有利于提高波长配置灵活性。
　　在论文上述关键技术研究工作基础上，提出了一种新的百吉比特波分-空分复用无源光网络系统方案。利用低成本的窄带直调激光器、Polar-D微环谐振器以及多芯光纤，搭建了波分-空分复用无源光网络系统实验平台，成功实现了100Gbit/s高速传输。得益于Polar-D微环谐振器的光谱整形特性，信号的消光比得到了有效改善。系统采用简单的直调直检机制，并且上下行信号在一根多芯光纤中双向传输，结构简化、波长配置灵活。