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随着信息化社会的发展,全球数据业务量呈爆炸式增长,网络带宽显著提升,对光网络的承载能力提出了更高的要求。而在传统的波长交换光网络中,信道间隔(或称波长栅格)固定不变,交换粒度过大,这导致了频谱资源浪费、网络灵活性不足、自适应能力差等问题。针对上述问题,以灵活栅格为特征的弹性光网络采用带宽可变的光收发和光交换机制,可根据业务需求灵活高效地分配频谱资源,成为了光网络中具有前瞻性的研究热点之一。弹性光网络主要采用多维高阶光调制,要求相应的信号处理技术具备高速、节能、灵活以及智能的特性,而传统的信号处理技术面临着电子速率瓶颈、能耗过大、功能单一、效率低下、复杂度高、对信号格式和速率不透明等诸多问题,难以满足弹性光网络的需求。因此,探索和研究弹性光网络中的信号处理技术具有重要意义,也是目前光网络研究的难点和热点。论文围绕弹性光网络中信号处理技术的需求和难点,探索研究了弹性光交换中的“光信号处理”和弹性光传输中的“数字信号处理”技术,提出了若干技术方案。论文的主要创新点如下:第一,采用国产的带宽可调波长选择光开关(TB-WSS)设计了三种具有光信号处理功能的弹性可重构光分插复用(ROAMD)结构。其中的光信号处理模块基于半导体光放大器(SOA)中的四波混频(FWM)效应,可实现多种光信号处理功能。实验表明基于该模块可以实现差分相移键控(DPSK)、正交相移键控(QPSK)和16正交振幅调制(16QAM)光信号的波长变换。与传统波长变换方案相比,本论文专门针对弹性光网络的灵活栅格特性,以12.5GHz的变换步长实现了高达1THz的变换范围。第二,基于分光器的单波长组播方案存在功率代价大、波长冲突频繁等问题,为此,论文提出了一种基于SOA中的多泵浦FWM效应的波分复用(WDM)组播方案。实验结果表明,该方案支持12Gbaud的QPSK信号的1路到6路、1路到10路WDM组播,还支持专门针对弹性光网络的1路到7路弹性WDM (FWDM)组播,并能实现双路QPSK信号1路到3路和1路到6路WDM组播。实验结果显示以上方案生成的所有组播信号的光信噪比(OSNR)在13～25dB之间,绝大部分的信号性能良好满足实际的通信需求。与已有的单路通断键控(OOK)和DPSK信号的WDM组播方案相比,本论文实现了高泵浦效率的高阶QPSK信号的双路并行WDM组播方案。第三,针对传统光信号处理技术功能单一、效率低下的问题,提出一种基于SOA中FWM效应来实现双路DQPSK (2×12.5Gbaud)到DPSK格式转换兼波长变换方案,实验结果表明该方案可同时支持双路信号的格式转换和波长变换,与原始信号相比,转换而来的DSPK信号由于较强的抗损伤能力,甚至得到-0.5dB的功率代价,另外两路新生成的DQPSK信号的功率代价均小于1.OdB。第四,提出了一种基于量子点SOA (QD-SOA)中FWM效应的三路DPSK信号(3×12.5Gbps)的异或(XOR)运算方案,实验结果表明,该方案能够实现并行三路信号的异或运算并同时实现其WDM组播功能,所有信号的OSNR都在20dB以上,从而实现10-9以下的误码率(BER)。与已有的双路光域逻辑门方案相比,本论文在QD-SOA中实现了三路信号的逻辑运算同时完成了并行组播的功能。第五,针对弹性光传输中的非线性相位噪声(NLPN)难题,将机器学习算法引入弹性光传输中的数字信号处理中,提出了一种基于支持向量机(SVM)的低复杂度非线性相位噪声抑制算法,仿真结果表明,该算法可以抑制BPSK、QPSK、8PSK和16QAM等多种调制下弹性光传输中的NLPN,对于高阶信号效果更明显,与传统的DSP算法相比,可将1OOGbps的16QAM信号的注入功率动态范围提高2.8dB。第六,针对光传输中的传统数字信号处理算法动态损伤补偿较难、自适应能力差等问题,提出了一种基于反向传播人工神经网络(BP-ANN)的多种物理损伤补偿算法。仿真结果表明,该算法可以有效补偿高斯白噪声、光源相位噪声、I/Q支路不平衡、非线性相位噪声等多种物理损伤,与传统算法相比,可将1OOGbps的16QAM系统的光源线宽容限拓宽170kHz,注入功率动态范围提高2.7dB,最大传输距离延长240km。第七,针对传统数字信号处理算法训练时间过长、依赖补偿链路类型的问题,提出了一种基于k近邻(KNN)的免训练的弹性光传输混合链路补偿算法。仿真分析了该算法在色散位移链路、色散管理链路和色散非管理链路中的非线性补偿效果,结果表明,与传统算法相比,该算法具有更强的链路损伤自适应性,适合弹性光传输中的混合链路场景,在三类典型链路中,可将系统的注入功率动态范围分别提高 1.7dB、1.0dB 和 0.4dB。