该论文主要在OTDM技术的两个方面做了理论和实验研究:第一部分是OTDM的单元技术,主要集中在基于半导体光放大器(SOA)的超高速全光开关,包括太赫兹光非对称解复用(TOAD)以及基于SOA的马赫-曾德尔干涉仪(SOA-MZI)在高速光网络中的应用.首先,在考虑到由于带内效应,诸如载流子热效应(CH)、谱烧孔效应(SHB)、超快非线性折射效应(UNR)和双光子吸收效应(TPA)而导致得非线性增益压缩效应以及控制光和信号光相互作用情况下,研究了TOAD的各性能参数,包括开关窗口的平坦性、输出信号的啁啾特性、解复用信号的消光比特性等与输入控制光和信号光的波长及功率的关系,在此基础上对TOAD性能进行了优化.其次,结合Shtaif的ASE噪声分析模型提出了一种更为完善的噪声模型,并且采用该模型研究了自发辐射噪声(ASE)对TOAD性能的影响.再次,在前两个工作的基础上研究了TOAD对整个OTDM系统性能的影响.同时,在这部分中还研究了SOA-MZI在解复用、全光数据上下路(OADM)以及全光波长变换和再生等方面的应用.第二部分是基于OTDM的光网络技术.首先,提出了一种多令牌协议以及基于该协议的组网方案,并对采用该协议的网络的接入时延、丢包率、吞吐量、信道利用率等性能进行了仿真.其次,提出了一种基于OTDM的光分组网络的结构设计方案,在该方案中提出了一种结合电吸收调制器(EAM)和梳状波产生器的新型光分组开关,并对该分组开关进行了实验研究;另外,在该方案中采用TOAD来实现地址的识别和比特开关,在实验上成功研制了满足100GBit/s系统要求的TOAD.