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光时分复用(OTDM)系统是未来高速、大容量光纤通信系统的优选方案之一。光时分复用器制作,色散和偏振模色散(PMD)补偿是160Gb/s OTDM系统的关键技术,本论文结合主持的863项目“160Gbit/s一泵多纤光传输技术的研究(2007AA01Z258)"对这三方面进行了重点研究。首次采用自相关和互相关算法分析了马克曾德型和怀特曼型光时分复用器的干涉稳定性,这种分析方法具有物理意义明确和把难于测量的物理量转化为易于测量的物理量的特点,有利于将理论分析结果进行实验对比和验证。从矢量模型入手,建立了描述光时分复用器的偏振相关矩阵,由此得到偏振与干涉内在联系的若干重要结论,对设计偏振不敏感的160GHz光时分复用器有重要指导意义。提出采用光纤与体光学器件相结合,利用四组半透半反自聚焦透镜实现160GHz光时分复用的方案,成功制作出了性能稳定的怀特曼干涉仪型160GHz光时分复用器,其具有时延精度高、波长平坦性好和偏振不敏感等优点,且多项指标优于国外产品。提出采用偏振扰偏器降低160GHz光时分复用器偏振依赖性,实验结果表明,该方法具有易于实现、结构简单和去偏振依赖性效果好的特点。采用自相关、互相关方法分析了自相位调制(sPM)和带内交叉相位调制(XPM)的干涉特性,由此得到非线性与干涉内在联系的若干重要结论,对160Gb/s OTDM系统色散管理有一定的指导意义。基于160Gb/s OTDM系统,进行了色散补偿传输实验,为后续工作奠定了基础。提出在160Gb/s解复用为10Gb/s光信号后,基于“谱烧孔”效应,进行基带射频信号谱在线监测PMD的改进方案,解决了PMD测量的电子瓶颈问题,扩大了PMD测量范围。提出在160Gb/s系统采用自相关仪在线监测PMD的方法,实验结果表明,这种方法适用于飞秒量级超短脉冲的色散和PMD在线监测。把DIRECT算法引入偏振模色散补偿领域,提出DIRECT算法和Hooke＆Jeeves算法组合作为160Gb/s偏振模色散自适应补偿的最优化方案,它兼顾全局最优解搜索和跟踪速度两方面,与通常采用的优化算法相比,收敛速度更快,稳定性更好。利用自行设计的PMD补偿器,进行了基于160Gb/s OTDM系统的PMD动态补偿实验,验证了自制的PMD补偿器的补偿性能。