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随着互联网应用的普及和移动宽带网络的快速发展，对光纤干线网络的传输容量提出了更高的要求，应用的巨大需求推动着光纤通信技术向宽带宽，长距离，高容量的方向快速发展。相对于以前的波分复用(WDM)系统，采用差异化的传输码型成为40G WDM系统的最显著特点，新型调制格式传输技术的发展推动了相应光信号处理技术的研究。差分相移键控(DPSK)等相位敏感新型调制格式的全光信号处理还是一个新的领域。它和传统开光键控(OOK)码的不同之处在于处理时不能破坏光信号的相位信息，因此需要发展和探索各种新方案去实现各种信号处理功能。理想的全光信号处理技术应当具备对调制格式和比特速率透明的特点，以应对网络中差异化传输码型和比特速率的要求。因此，需要研究不同比特速率和调制格式信号共同存在时的全光信号处理技术。相对于混合调制格式信号传输技术的研究而言，混合调制格式信号的全光信号处理技术的研究还相对较少。波长转换技术及信号再生技术作为全光信号处理的基础，对于研究和实际应用都具有重要的意义。结合新型调制码型与高速40G WDM传输系统，本论文对光纤通信系统中全光信号处理的关键技术进行了深入的研究，主要内容包括：
1.基于四波混频效应的高效全光波长转换技术的研究。未来光信号在网络和系统内传输中可能经过多次处理，囚此可级联性是全光信号处理技术的关键指标之一。受激布里渊散射效应是限制转换效率的主要因素。我们从理论分析和数值仿真上详细的讨论了DPSK信号的高效波长转换技术，并研究了抑制受激布里渊散射效应的泵浦相位调制技术，及其对于受激布里渊散射效应抑制和闲频光差分相位畸变的影响。我们的研究表明，泵浦相位调制技术更加适合于高比特速率信号波长转换技术的应用。并且我们首次指出，在高效DPSK波长转换的条件下，通过综合考虑受激布里渊散射造成的闲频光信号的幅度劣化以及泵浦相位调制造成的闲频光信号的差分相位畸变，选择恰当的泵浦相位调制方案，闲频光信号的劣化可以得到显著的降低。最后，我们在实验上实现了DPSK信号的波长转换，转换之后闲频光信号的眼图清晰，受射频源数量、调制频率和输出功率的限制，实验上得到转换效率为-11.6dB。进一步的增加泵浦功率将会导致较强的背散射受激布里渊信号，从而严重劣化转换闲频光信号的质量。
2.基于四波混频效应的多信道波长转换技术的研究。在单一的波长转换节点中实现多个信道的同时波长转换，对于简化网络的拓扑结构和实现灵活的网络管理具有重要的意义。基于四波混频的波长转换技术具有对调制格式和比特速率透明的优点，是应对网络中差异化传输码型和比特速率的理想方案。我们从数值上研究了混合调制格式信号的多信道波长转换技术，研究结果显示，DPSK信号更加适合于多信道波长转换的应用。但是，当幅度调制信号和相位调制信号在链路中共同存在时，转换的DPSK闲频光信号将会承受由OOK信号引入的严重劣化，并且这种劣化随着OOK信道数目的增加而变得更加严重。混合调制格式全光波长转换情况下OOK信号对于DPSK信号的影响是将来采用差异化码型的高速光通信系统全光波长转换技术中不可忽略的因素。并且，我们在实验上实现了基于高非线性光纤四波混频效应的不同调制格式和比特速率信号(10Gbit/s OOK和40Gbit/sDPSK)共存时的波长转换，考虑了到将来10Gbit/s OOK信号到40Gbit/s DPSK信号的逐步升级，我们的实验研究对于实际应用具有重要的意义。同时对不同调制格式和比特速率的多个信道进行波长转换，目前国际上还未见相关报道。
3.基于饱和四波混频效应的全光再生技术的研究。尽管这种再生器仅仅作为幅度再生器，没有相位信息的再生效果。然而，当信号功率较低，幅度噪声占信号劣化的主要因素时，这种再生器也可以提高相移键控信号的性能。我们从实验上实现了基于饱和四波混频全光再生技术的归零差分相移键控(RZ-DPSK)信号的再生。为了有效的抑制受激布里渊散射效应，我们对泵浦也采用了42.8Gbit/s RZ-DPSK信号进行相位调制。从得到的再生信号眼图中，可以清楚的看到信号质量的改善。